汽车排放法规及技术路线

中国目录排气污染物种类及危害国内外排放法规排气技术路线NOx与PM关系排气污染物种类及危害汽车排放污染物与内燃机总类及运转条件有关。

汽油机CO和HC排放比柴油机更多，Nox持平，而PM那么少一个数量级柴油机排气管尾气COHCNOxPM2排气污染物种类及危害不同工况下排气污染物的浓度排放污染物种类及危害CO是无色无刺激性气体。对于柴油机来说，CO产生原因是由于空气缺乏，部分缺氧，造成燃烧不充分。CO有毒，在含量到达10ppm时，人就会慢性中毒，贫血、心脏及呼吸道恶化；含量到达120ppm时，人在1小时内就会中毒，含量越高，越会造成人员中毒死亡。HC是由于燃料不完全燃烧和部分被分解造成的。HC化合物中的环芳烃是很强的致癌物质；甲醛和丙烯醛等醛类物质刺激眼睛及呼吸器官，同HC一起引起光化学烟雾。HC吸入人体后会破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱等，同时也会致癌。4排放污染物种类及危害Nox中的NO2是褐色的有刺激性臭味的气体，是在高温富氧的状况下产生的。NO2会造成血液中血红蛋白变性，易于HC在阳光紫外线的作用下，产生素性很大的光化学烟，浓度到达，连续3个月以上患支气管炎部位有肺气肿出现；到达1ppm以上就会闻到臭味；含量越高，对人类及动植物危害越大；含量在100-150ppm时，人在30min左右就会因肺水肿而死亡。

5排放污染物种类及危害

PM颗粒物由原始微粒和二次微粒组成，包括铅化物、碳烟、油雾等。铅化物：使人贫血、牙齿变黑、神经麻木，已引发血管病、脑溢血和慢性肾炎等疾病。碳烟：极小的颗粒〔〕有致癌作用，会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。

6排放污染物种类及危害

有害排放物产生原因控制措施CO1、CH燃料的不完全燃烧；2、燃烧过程中高温热分解；3、氧气不足，燃烧温度过低；4、燃烧室容积过小而使燃烧滞留时间不充分；空气和燃料混合不充分等）促进混合气的形成，有效控制燃烧温度HC1、燃烧不完全；2、燃料供给系统泄漏；3、燃烧室内的氧气量不足，燃烧室壁面温度过低；4、混合气形成不充分1、采用C含量少的代用燃料；2、采用电控技术改善燃烧；NOx1、混合气氧气含量过高2、燃烧温度过高1、降低混合气中氧的浓度；2、降低燃烧温度；3、改善混合气的形成；PM燃料的燃烧状态1、提高火焰温度；2、控制混合气浓度；3、提高喷射速率或进行高压喷射，促进喷雾的微粒化；4、改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动7国内外排放法规一：排放法规的开展早在20世纪40年代中期，由于洛杉矶市出现严重的石油型空气污染——光化学烟雾．促使加利福尼亚州成为世界上第一个施行控制汽车排放法规的地区，也使美国成为世界上最早认识到汽车排放对环境危害的国家，从20世纪60年代中开始施行汽车排放控制法规。l970、1972年开始实行欧洲统一的工况试验法。

8国内外排放法规第一阶段：1960年美国加利福尼亚州政府正式立法汽车排气污染物，1963年公布限制汽车排放的新法规；1970年美国联邦又通过了环境保护法案，严格了汽车排放CO及的标，1973年又对NOx提出了限制标准。欧洲经济委员会于1970年公布施行第一排放法规，控制轻型汽油车排气污染物和曲轴箱物排放，以后限值每3-4年修订加严一次；1975年前规定只限制CO和HC排放量；1976年起，增加了对NOx的限值，从1975年开始施行整套ECE规。9国内外排放法规第二阶段：20世纪70年代以后，世界上各大汽车消费国相继公布了汽车排放控制标准，以欧洲和美国及日本为代表，并逐渐形成三个排放法规体系。欧洲在1972年起施行ECE15/03标准，20世纪80年代中期加严到ECE15/04，20世纪90年代初欧洲公布了轻型车排放标准及第一阶段重型车排放标准(简称欧I标准)，20世纪90年代中期施行了加严的轻型车排放标准及第二阶段重型车排放标准(简称欧I标准〕。10国内外排放法规第三阶段20世纪90年代初，美国加州政府根据其自己的环保目的，制订了一套更为严格的车辆排放标准—低排放车辆法规。该法规将轻型车分为过渡低排放车辆(TLEV)、低排放车辆(LEV)、超低排放车辆(ULEV)和零排放车辆(ZEV)。欧盟在20世纪90年代开始施行了更加严格的排放法规，对汽车废气排放的限制越来越严格，相继制定施行了欧洲I号、欧洲Ⅱ号、欧洲Ⅲ号标准、欧Ⅳ和欧Ⅴ标准及欧Ⅵ标准。中国从８0年代开始着手制定排放法规，２0世纪末，参照欧盟排放法规，制定自己的排放法规。现已根本推行国四标准。11国内外排放法规二：常见排放标准排放标准美国加州标准联邦标准欧洲日本中国国家标准地方标准12国内外排放法规美国现行汽车排放标准：〔1〕美国联邦标准〔2〕加州标准美国联邦标准限值与加州标准比照：13国内外排放法规加州LEV标准限值14国内外排放法规欧洲：2021年9月1日起对新车型式认证实行欧5a标准，2021年1月1日起对所有新注册的车辆实行欧5a标准。欧5b的施行日期相应推延两年。自2021年9月1日起对新车型式认证实行欧6b标准，2021年9月1日起对所有新注册的车辆实行欧6b标准。N1(II,III)和N2类车，欧5/6标准的施行日期相应推延1年15国内外排放法规欧Ⅴ标准排放限值注：PI=点燃式CI=压燃式1)应在的限值施行之前引入修订后的测量程序2)应在该限值施行之前引入新的测量程序3)点燃式PM质量限值仅适用于装直喷发动机的车辆16国内外排放法规欧Ⅵ标准排放限值注：PI=点燃式CI=压燃式(4)数量标准在2021年9月1日之前制定5)应在该限值施行之前引入新的测量程序。17国内外排放法规日本排放法规自成一体，测试循环、计算方法、耐久性要求、分类方法等和欧美不同。日本现行标准排放限值18国内外排放法规中国排放法规：中国从８0年代开始着手制定排放法规，２0世纪末，参照欧盟排放法规，制定自己的排放法规。GB17691-2001?车用压燃式发动机排气污染物限值及测量方法?19国内外排放法规GB17691-2005?车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法〔中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段〕?20国内外排放法规GB1835.3-2005?轻型汽车污染物排放限值及测量方法〔中国Ⅲ、Ⅳ阶段〕?21国内外排放法规GB1835.3-2021?轻型汽车污染物排放限值及测量方法〔中国Ⅴ阶段〕?22国内外排放法规GB14762-2021?重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法〔中国Ⅲ、Ⅳ阶段〕?23国内外排放法规地方标准：DB11/946-2021?轻型汽车〔点燃式〕污染物排放限值及测量方法〔北京Ⅴ阶段〕?24排气系统技术道路柴油机尾气净化难度：〔1〕四种需要处理的污染物：HC、CO、NOx、PM；〔2〕复原剂HC和CO偏少，既不利于NOx的复原，也不利于尾气温度的提升，复原Nox还需要添加其他的复原剂；〔3〕尾气温度低，造成三个困难：NOx处理困难、PM净化困难、DPF和催化剂的硫酸盐堵塞问题；〔4〕排气中氧气过量，6-15%，NOx复原困难。2021年国家强迫实行国四标准，为了到达国四标准，排气系统技术道路必须晋级。现重点介绍柴油机排气系统技术道路。相对于国三排放限值，国四国五排放限值降低，原先技术道路难以到达要求25排气系统技术道路

目前国内排放标准从国三过渡到国四，排气标准限值降低。目前技术方案有：技术方案机前处理改进燃油品质，降低硫含量降低PM（微粒）等的排放机内净化优化燃烧，改善进气以及采用电控喷射减少NOx和PM等的生成排气后处理采用各种过滤净化装置或催化转化器对排气进行处理26排气系统技术道路从国家标准看出对排气污染物的限值越来越严格，为了能到达这一要求，现阶段排气后处理常用的排气系统技术道路：技术路线EGR+DOC+POCEGR+DOC+DPFSCR27排气系统技术道路EGR：冷却型废气再循环〔ExhaustGasRecirculation〕采用冷却EGR技术，通过电控EGR阀，定时定量地将废气引入到进气管，与新颖空气混合进入燃烧室参与燃烧，降低气缸充量的含氧量，延缓燃烧过程，降低燃烧速度，从而使燃烧室中的压力形成过程变慢，因此NOx生成的主要条件〔高氧、高温高压〕减弱，降低了NOx排放。另外，进步废气再循环率会使总的废气排出流量减少，因此废气排放中的总污染物输出将会相对减少。作用：〔1〕降低Nox的排放；〔2〕相对降低总污染物的输出。28排气系统技术道路DOC：柴油催化氧化器〔DieselOxidationCatalyst〕DOC是一种氧化催化后处理装置，该装置以多孔载体作废气通道，多数DOC以贵金属为涂层作为氧化催化剂，可降低尾气中不完全燃烧物发生化学反响的温度，通过DOC后，废气中90%的SOF、HC以及CO便可转化为H2O和CO2，同时部分C颗粒也可在贵金属催化下与尾气中的氧反响生成CO2，这样就可大幅度地减少发动机尾气中的不完全燃烧物。此外在DOC作用下还将部分NO氧化成NO2，为后续的POC的再生提供了有利条件。作用：〔1〕有效降低HC和CO；〔2〕去除PM中的SOF、VOF；〔3〕降低PM的效率可达10-30%。29排气系统技术道路

POC：颗粒催化氧化器〔ParticleOxidationCatalyst〕POC是一种全新的柴油机后处理设计理念，其构造是使废气通过一个特殊构造数据的通道，工作原理上最大程度地防止了高硫含量环境对催化器的不利影响；POC将颗粒物中的碳颗粒吸附在外表，利用前级DOC氧化生成的NO2，去催化POC外表捕集的碳颗粒，以此恢复POC的捕集功能，废气通过POC后，有40%-60%左右的C颗粒被吸附掉。POC的功能：降低PM的排放，过滤效率50%作用：〔1〕降低PM的效率可达30-80%；〔2〕没有明显的排气背压升高。30排气系统技术道路

DPF：柴油颗粒过滤捕捉器〔DieselParticleFilter〕DPF工作原理是排气通过时微粒经过扩散、截流、惯性碰撞和重力沉降等原理被过滤体捕集。随着工作时间的增加，过滤体内堆积的微粒增多，发动机的背压上升，会影响柴油机的正常工作，需用燃烧等方法将这些微粒除去，即过滤体的再生。作用：〔1〕减少HC排放；〔2〕减少CO排放；〔3〕降低PM排放的效率最高可达90%

31排气系统技术道路

SCR：选择性催化复原器〔SelectiveCatalyticReduction〕SCR工作原理是将复原剂喷入排气管，排气中的氮氧化合物在催化器的作用下与复原剂反响被复原成氮气和水，SCR系统目前采用的复原剂是尿素。尿素NH2CONH2加H2O后在高温下分解成NH3和CO2；NH3和排气中的NO和NO2反响产生氮气和水。化学方程式：1〕NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2；2〕NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O；3〕4NO+O2+4NH3=4N2+6H2O；4〕2NO2+O2+4NH3=3N2+6H2O作用：降低NOx30%以上32排气系统技术道路

路线名称作用优点缺点EGR冷却型废气再循环（1）可降低NOx排放

（2）降低总污染物排放1.能有效降低NOx2.相对SCR成本低1.燃油油耗较高2.发动机爆压高3.冷却系散热增加4.对喷油压力要求高DOC柴油催化氧化器（1）有效降低HC和CO；（2）去除PM中的SOF、VOF；（3）降低PM的效率可达10-30%。1.无需ECU2.系统简单,成本低3.排气背压低1.转换效率最低2.燃油含硫量350ppm下3.对喷油压力要求最高POC颗粒催化氧化器（1）降低PM的效率可达30-80%；（2）没有明显的排气背压升高。1.无需ECU控制2.系统简单,成本较低3.不产生排气阻塞(连续被动再生)1.转换效率一般2.燃油含硫量350ppm下3.对喷油压力要求高DPF柴油颗粒过滤捕捉器（1）减少HC排放；（2）减少CO排放；（3）降低PM排放的效率最高可达90%1.PM净化效率最高2.系统相对简单3.相对SCR成本较低1.排气阻力较大2.需要再生技术配合3.要求硫含量50ppm以下SCR选择性催化还原器降低NOx30%以上1.NOx转化效率最高2.降低发动机油耗3.允许燃油硫含量350ppm4.对喷油压力要求较低5.对整车冷却系统无额外负担1.系统成本高2.OBD需要NOx传感器3.需要添加尿素溶液33排气系统技术道路

〔1〕EGR+DOC+POC：冷却废气再循环+柴油催化氧化器+颗粒氧化催化器通过EGR降低NOx的排放量，同时PM会有一定的增加，增加的PM经过DOC+POC处理睬降低，从而到达降低NOx和PM的目的。因POC后处理系统不存在堵塞风险，本钱更低。因此，相比较于DPF，国内较倾向POC。。34排气系统技术道路

EGR+DOC+POC的优点：低本钱；不受根底设施和地域限制；不需加注尿素，不需主动再生；装车尺寸小，POC可与消声器集成；后处理系统重量轻；标定相对简单，开发周期短。35排气系统技术道路

EGR+DOC+POC的缺点：发动机需增加控制器、冷却器等零部件，构造较复杂；燃油经济性相对较差，需标定优化；对燃油的硫含量相对敏感；较高发热量，限制最高功率；POC失效，使颗粒在POC中累积到一定程度，导致集中排出，形成黑烟的问题；降低PM排放才能差于DPF。36排气系统技术道路

〔2〕EGR+DOC+DPF:冷却废气再循环+柴油催化氧化器+颗粒过滤捕捉器通过EGR降低NOx的排放量，同时PM会有一定的增加，增加的PM经过DOC+DPF处理睬降低，从而到达降低Nox和PM的目的。DPF通过采用微孔吸附性材料对废气中的微粒进展过滤，到达降低PM的目的。但DPF会被堵塞，要考虑再生问题。由于国内再生技术不成熟，且控制策略复杂，对硫非常敏感，本钱较高，在商用车领域应用不广泛，因此国内很少用DPF，欧洲普遍运用。37排气系统技术道路

EGR+DOC+DPF的优点：PM高转化效率；催化器体积小，整车易布置；重量轻，可增加有效负载；排放控制无需新建根底设施。EGR+DOC+DPF的缺点：过滤体需要再生；高发热量，需加大冷却系统；对燃油的硫含量相对敏感；燃油经济性相比SCR降低38排气系统技术道路

〔3〕优化燃烧+SCR首先通过喷射系统优化、喷射定时提早以及增压中冷等技术优化发动机的燃烧，把微粒物(PM)降到适当的程度，这样会导致NOx排放的进步；再利用SCR技术，将NOx转化为对环境没有危害的N2和H2O，从而到达降低Nox和PM的目的。39排气系统技术道路

〔3〕优化燃烧+SCRSCR系统关键五大部件:1尿素泵，2ECU，3喷嘴，4尿素箱，5SCR箱体1234540排气系统技术道路

〔3〕优化燃烧+SCR的优点：