内燃机排气污染物处理技术分析
一、前言
截至2014年年底，我国机动车保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆；2014年，新注册汽车2188万辆，保有量净增1707万辆，两项指标均达历史最高水平。近5年，汽车占机动车的比例迅速提高，从43.88%提高到58.62%，我国小型载客汽车达1.17亿辆，其中私家车达1.05亿辆，占90.16%，与2013年相比增长19.89%。统计数字显示，近五年机动车年均增量1500多万辆。表1为民用汽车保有量数据。
表1 民用汽车保有量数据（国家统计局）
环境污染和能源短缺是当前人类社会可持续发展面临的两大问题，而机动车是大气环境
增长最快的一大污染物来源和能源消耗载体。对大气环境和人类健康影响很大且已被各国排放法规限制的机动车污染物是CO 、HC 、NOx 和PM （Particular Matter ）。其中汽油机的排放污染物主要是CO 、HC 、NOx ，柴油机的排放污染物主要是PM 、NOx 、和HC 。
由于大气污染现状和国家排放法规的日趋严格，排放污染物处理已经变成内燃机研究的重要方向之一。国内外通行的排气净化的的主要技术途径可分为机内净化和机外净化两个方面。机内净化可采用：控制空燃比、控制燃烧、燃料蒸气和气缸窜气的回收、控制点火正时、改变配气相位等，机外净化可采用：热转换器、氧化催化转换器、氧化还原催化转换器、三效催化转换器和后燃器等。
从汽油机和柴油机排放污染物不同情况出发，结合排放法规要求。对国内外现有发动机排放后处理技术进行具体阐述：
二、汽油机排放污染物处理技术 1、机内措施：
（1）燃烧系统优化设计 （2）低排放供给系统 （3）推迟点火提前角
（4）优化点火系统和点火能量 （5）可变进排气系统
（6）控制汽油机冷启动、暖机和怠速排放控制 （7）控制燃油蒸发装置
车用汽油机的蒸发排放有4个来源：运转损失、热烤损失、昼夜损失和加油损失。为了
年份
民用汽车
三轮汽车和低速货车
私人汽车
民用轿车
私人轿车
保有量（万辆）
增长
率 保有量（万辆） 保有量（万辆） 增长率 保有量（万辆） 增长率
保有量
（万辆） 增长率 2014 15447 12.4% 972 12584 15.5% 8307 16.6% 7590 18.4% 2013 13741 13.7% 1058 10892 17.0% 7126 19.0% 6410 20.8% 2012 12089 14.3% 1145 9309 18.3% 5989 20.7% 5308 22.8% 2011 10578 16.4% 1228 7872 20.4% 4962 23.2% 4322 25.5% 2010 9086 19.3% 1284 6539 25.3% 4029 28.4% 3443 32.2% 2009 7619 17.8% 1331 5218 25.0% 3136 28.6% 2605 33.8% 2008 6467 13.5% 1492 4173 18.1% 2438 24.5% 1947 28.0% 2007 5697 14.3% 1468 3534 20.8% 1958 26.7% 1522 32.5% 2006
4985
15.2%
1399
2925
23.7%
1545
27.2%
1149
33.5%
更好控制车用汽油机的HC蒸发排放，国外自20世纪70年代起开始研制并应用燃油蒸发排放控制装置。燃油蒸发的控制方法大致分为：曲轴箱存储式和活性炭罐吸附式。
（8）采用曲轴箱排放控制装置
汽油机运转过程中，缸内可燃混合气和已燃气体在工作循环中会有部分通过活塞组与气缸之间的间隙进入曲轴箱内，称为窜气。一般情况，窜气量相当于发动机总排量的0.5%~1.0%。
防止由于窜气造成的缸压升高，早期内燃机工业均采用开式的曲轴箱通风系统，直接将曲轴箱和大气相通，排出曲轴箱内的气体，由此产生大气污染。
为防止曲轴箱排放物的危害，世界各国先后采用闭式曲轴箱通风系统（PCV Positive Crankcase Ventilation），把曲轴箱排放物吸入进气管，在气缸内烧掉。
（9）采用废气再循环EGR（Exhaust Gas Recycling）装置
为了降低NOx的排放量，广泛应用EGR。由于NOx的生成条件为高温、富氧和一定的反应时间。而废气中氧含量低，主要为惰性气体N2和CO2构成，一部分废气经EGR阀流回进气系统，与新鲜混合气混合后稀释了新鲜混合气中氧的浓度，导致燃烧速率下降，同时废气比热容高，大量吸收燃烧热量，降低缸内温度，抑制了NOx的生成。
2、机外净化措施：
机内净化措施是以改善发动机燃烧过程为主要内容，这些技术对于控制排气污染有很大的作用，但是效果有限，难以将动力性、经济性和排放性能同时平衡发展。此时将关注点转移到了废气后处理净化技术。
当今世界上的车用汽油机的后处理净化装置主要有三效催化转换器TWC（Three Way Catalyst）和热反应器另外还有空气喷射器等。这其中TWC是现今使用最广泛的汽油机废气后处理净化技术。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三效催化器中的净化剂将增强CO、碳氢化合物和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；碳氢化合物在高温下氧化成水(H2O)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化，如图1示。一般情况下如图2示TWC的载体用的是蜂窝状结构，这种结构是蜂窝表面有涂层和活性组分，因此它和废气的接触表面积非常大。研究表明如果空燃比处于理论空燃比附近时，TWC 就能将90％的碳氢化物和CO及70％的氮氧化物一起在催化剂的作用下得到净化，所以这种催化器也就被称为三效催化转化器，它已然是国内外汽油车排放控制的主流技术。
图1 汽油机尾气后处理装置布置示意图
图2 三效催化转化器结构图
燃汽油中铅的含量导致三效催化器的转换效率严重下降，也是导致其烧缩、烧结的主要原因之一。对硫、磷等杂质的含量也有要求。三效催化器必须和闭环电喷控制发动机同时使用。才能保持比较高的转换效率，即发动机理论空燃比为14.7，三效催化转换效率与空燃比的关系如图3示。在350℃到850℃，低于或高于正常的工作温度就会导致三效催化器的转
换效率和使用寿命的降低。
图3 三效催化转换效率与空燃比的关系
三、柴油机排放污染物处理技术
柴油机与汽油机工作过程不同，其污染物浓度也大不相同。柴油机的污染物中CO和
HC比汽油机少得多，NOx排放量和汽油机相当，排放中的颗粒物较多。
据统计，废气排放中超过85％的NOx和PM以及超过70％的HC和CO是由汽车排放
产生的。按燃料分类，全国汽车排放NOx总量的60％是由柴油车产生的；而汽油车CO和
HC排放量则较高，超过排放总量的70％。由此可见，治理柴油机的尾气排放的重点就是降低NOx和PM，当前世界各地区的柴油机排放控制也都是在降低NOx和PM上做研究开发，表2为降低柴油机排放的技术措施，图4为按欧洲柴油机排放法规开展的污染物控制技术发
展示意图。
分类
对策技术
实施方法
控制对象 燃烧
推迟喷油提前角
NOx EGR EGR ，中冷EGR
NOx 加水燃烧 进气喷水（水蒸气），缸内喷水，乳化油 NOx 燃烧室设计
各种燃烧室，设计参数优化，新型燃烧方
式 NOx ，PM 喷油规律改进 喷油规律曲线形状，预喷射，多段喷射 NOx 高压喷射 电控高压油泵，共轨系统，泵管嘴 PM 进排气系统 进排气动态效应，可变进气涡流，多气门 PM 增压
增压，增压中冷，可变几何参数增压（VNT ）
PM 燃料 降低含硫量含氧燃料合成燃料 含硫量<0.05%
醇类燃料，二甲醚（DME ） PM 后处理 后处理装置 氧化催化器，颗粒补集器，NOx 催化器
PM ，NOx 其他
降低机油消耗量
PM
表2 降低柴油机排放的技术措施
图4 欧洲柴油机排放法规相应技术措施
1、机内措施：
为了降低NOx 和颗粒物排放的并保证高的热效率，可以在燃烧过程加以控制。主要目的是改善发动机的燃烧状态和性能，措施有两点：a.抑制预混燃烧以降低NOx ；预混燃烧时的高温、富氧环境促进了NOx 的生成。b.促进扩散燃烧以降低颗粒。柴油机燃烧过程生成的颗粒都要经过生成和氧化两个阶段，颗粒物氧化主要发生在扩散燃烧阶段。主要包括：
(1)优化进气系统
通过提高充气效率以及合理组织进气涡流来优化进气。它主要包括两个方法：一个是采用可变涡流进气道技术使涡流比在0．2—2．5范围内变化；另一个是采用增压中冷技术，通过涡轮增压器，使进气密度增大从而增加进气量，然后通过中冷器降低进气温度，有效降低NOx 。
(2)采用低排放喷油系统：优化喷油系统的重要参数如喷油提前角、喷油压力、喷油规律等，减少预混合燃烧发生的可能性。
(3)低排放燃烧室设计：优化压缩比和燃烧室型式。
(4)喷水冷却技术：向进气道内喷水冷却；油水乳化后喷入优化燃烧；在气缸增加喷嘴喷水。
(5)改进燃料：通过使用代用燃料和柴油添加剂减少尾气排放。
(6)均质压燃技术：通过在进气系统中预混合空气和燃油形成均质混合气来缩短燃烧周期，从而降低排气中的NOx。
(7)采用EGR技术
2、机外措施
通过改善内燃机的工作过程来降低有害尾气的排放，常常是需要在提高功率及增加油耗条件下完成的，在追求节能减排的今天显然是不能被完全接受的。例如，在改善了柴油机工作过程后，虽然降低了微粒排放，但往往导致增加了N0x的排放。燃烧系统由于其复杂的过程，影响因素的多样化，使得找到一个能兼顾各方面性能的办法非常困难。而且，排放标准将会越来越严格，留给改善内燃机工作过程的空间也就越来越小。因此，各工业国家都加大研究发动机的机外净化技术的力度，排气后处理技术也就由此被人们发掘，它在不影响发动机其它性能的情况下，降低有害尾气的排放。下面介绍几种常用机后处理技术。
(1)稀NOx补集器技术(LNT LeanNOx Trap)
工作原理：LNT结构包括上层和下层，两层分别含有贵金属Rh催化剂；贵金属Pt及碱金属Sr等。其反应原理分为捕集吸附和还原两个阶段：前一阶段是LNT吸附尾气中的NOx；后一阶段是当吸附剂饱和后在富燃条件下又分解成NOx，再与HC、CO反应转化为N2。
技术特点：受贵金属吸附限值及价格影响，应用不是非常广泛，并且对油品有较高要求，不然易造成硫中毒。
(2)柴油机氧化催化技术(DOC Diesel Oxidation Catalyst)
工作原理：采用贵金属Pt、Pd等为催化剂，通过氧化剂在控制PM排放的同时可以有效降低排气中的HC、CO含量。
技术特点：同样会对燃油中的硫比较敏感，会造成催化剂中毒而降低氧化催化器的使用寿命，而且对NOx的排放不能有效抑制。
(3)颗粒捕集技术(DPF Diesel Particulate Filter )
工作原理：如图2所示，粒捕集技术是先通过DPF中的过滤网捕集尾气中的PM，然后对捕集到的PM进行氧化来使DPF再生。DPF再生的方法主要是主动再生和被动再生这两种形式。主动再生利用外界能量来使得颗粒捕集器的温度升高，当达到一定温度后就会燃烧颗粒物，DPF就可重新再次使用，加热再生法和燃料助燃再生法是如今广泛使用的方法。被动再生原理与主动再生类似，都是使颗粒物燃烧，不过它是降低其燃点以达到排气温度的温度范围里。
图5 DPF（Diesel Particulate Filter ）壁流式颗粒捕集器
技术特点：这是一种降低尾气中PM行之有效的方法，能过滤90％以上的颗粒物。难点在于如何使得DPF可以再次使用，因为其再生的特殊性，常常可能导致微粒堵塞过滤孔，从而使得排气压力增大，降低了柴油机的工作效率。目前采用的方法有添加燃油添加剂或者涂催化剂在DPF内表面等。同样，DPF也容易硫中毒，使DPF难以再生，并且颗粒捕集技术要配合其他方法共同使用效果才更好。
(4)选择性非催化还原技术(SNCR Selective Non-Catalytic Reduction)
工作原理：该技术是将还原剂喷入排气管，在氧含量充足的情况下，加强还原剂对NOx 的选择性，从而抑制氧气与还原剂的反应。
技术特点：还原剂很容易被直接氧化导致其消耗量极大，被证实不适合实际应用。
(5)选择性催化还原技术(SCR Selective Catalytic Reduction)
工作原理：高温下向排气管中喷入还原剂NH3或者尿素来还原NOx，反应后生成无害气体N2和H2O。
技术特点：初装成本较高，控制策略要精确以防NH3逃逸，催化剂低温活性较差。
图6 带加热装置的SCR后处理布置图
3、两条技术路线对比
随着排放法规的越来越严，要达到更高要求的排放标准，在采用机内净化技术的同时，还必须采用机外处理装置。大量实验研究和实践证明，目前有两条排放控制技术路线供各大企业选择：第一条是优化燃烧+SCR技术，简称SCR路线，它是先将燃油喷射和燃烧过程进行优化，尽量在机内控制微粒PM的生成量，然后在机外后处理时，采用SCR技术对氮氧化物进行催化还原，生成无公害的水和氮气。这一技术路线在欧洲非常盛行，因此也称欧洲路线。采用该技术路线主要包括戴姆勒、依维柯、沃尔沃等欧洲厂家；第二条选择是EGR+DPF路线，简称EGR路线，它应用EGR技术来控制氮氧化物的生成，同时采用DPF 降低柴油机颗粒的排放，这一路线在美国很流行，故又称作美国路线。表3详细对比里两条技术路线并分析了其各自优缺点。
项目EGR+DPF（美国路线）优化燃烧+SCR（欧洲路线）
新增系统EGR+OBD 尿素喷射系统+OBD
增加的技术难点需要在各种工况下满足DPF再生的温精确尿素喷射量；防止氨滑移；
度条件且转化率不均；冷启动性不好防止尿素结晶
配套设施油品含硫量需达标尿素加注站
耐硫性催化剂易中毒，耐硫强度低可以使用高硫柴油
燃油消耗率相比于SCR，油耗高10% 节油率在5%左右
润滑系统缸套易出现异常磨损无影响
增加的初装成本较SCR少些增加约3%-5%左右
有害尾气转化率PM转化率在80%-90% NOx转化率在85%以上
总体评价初装不高，对抑制PM很有效果初装成本较高，NOx大幅减少
表3 两条技术路线比较
发动机厂技术路线1 技术路线2
开发EGR+颗粒处理器玉柴高压共轨(后续开发单体
泵)+YCECU+SCR
康明斯SCR 关注EGR+颗粒处理器
潍柴SCR
杭发SCR EGR
锡柴SCR EGR+POC
大柴SCR
表4 国内市场部分柴油机供应商产品技术路线选择
4、柴油发动机采用SCR技术目前存在的问题：
（1）技术：国产电控高压技术不过关，成熟和可靠性有待提高；国外技术使用的成本过于高昂；
（2）油品：油品中含硫量超标，就会和尿素产生化学反应，导致“催化剂中毒”，后处理效果下降，排放将达不到标准。清洁柴油的供应仍然滞后，明确含硫量小于350ppm要求的《GB19147-2009车用柴油》标准2010.1.1实施，但过渡期到2011.6.30。国IV要求的含硫量小于50ppm要求的柴油目前并不是市场全覆盖供应。
（3）配套设施：尿素加注站建设问题。
虽然当前还有一些问题没能解决，但随着国内柴油车进入更加严格的排放时期，使用SCR技术已经没有太多争议，表4为当前国内市场部分柴油机供应商产品应对国IV排放的技术路线选择情况。但就这种技术路线而言，由于后处理系统生产商、尿素溶液供应商不同，有时会产生截然不同的效果。所以还有很多技术开发工作需要行业协同开展。
柴油机燃油系和排气方法 柴油机的燃油系由于油量不足或油路漏油，密封不严，都会使空气从漏油处进入，使燃油管道内产生气泡，形成气阻。影响供油量的均匀性，导致柴油机启动困难，动力不足或运转不稳，甚至不能启动等问题。常规的排气方法是，用起子或扳手将喷油泵两侧上端的任一排气螺塞拧松数圈，用手激压手油泵至排出的柴油连续、通畅无气泡，发出“吱吱”声为止，用这些方法，空气不易排净，或排净后又会进入空气，本文介绍几种实用方法。 1、油箱至输油泵油管某处漏气 空气具有很大的可压缩性和弹性，在输油泵高于油箱的柴油机燃油系中，当油箱至输油泵的油管或油管接头某处有穿透性擦破、裂纹或接头没有拧紧时，在输油泵工作吸力的作用下，空气会从各漏气处进入油路中，从而降低这段管路内的真空度，使油箱内燃油所受吸力减弱，甚至发生断流，使空气不能排除，这时可以在拆下输油泵进油接头后，向油管内吹气，如有漏油或冒气的地方，予以排除，也可以在油路中间接一段透明油管，在泵油时观察透明油管的流油情况，判断故障出在透明油管前还是透明油管后，以缩小故障范围，逐步予以排除。其三，将柴油机喷油泵放气螺塞处开始排出有大量气泡的油流，并且在反复压手油泵后，气泡仍不见消失，即可确定在油箱至输油泵段负压油路有漏点存在。应取下该段管路，然后通入压力气体，并置于水中，找出冒气泡之处，即为漏点所在。此外，在排除过程中应注意检查油箱内吸管是否有破裂和油箱是否缺油。 2、手油泵活塞磨损过度 手油泵活塞磨损过度后，在工作过程中，空气会从活塞的边上窜入油路中，可以采用以下方法检查：拆下手油泵，用手指堵住手油泵下方的接头孔，抽动手油泵手柄，如手指感到吸力很小时，说明活塞磨损过大，密封性不好，应予以修理或更换。修复后的手油泵，在进油管没油的情况下，以2-3次/S的速度往复抽动手油泵手柄，在1min内应能将油平面在进油口1m以下的柴油送到出油口处，同时要求泵出的柴油不应有气泡，否则应重新检修。在使用中还必须注意每次泵油后都应将手油泵手柄旋紧，以防空气侵入并减少活塞磨损。 3、输油泵进出油阀密封不严 输油泵进、出油阀密封不好会使排气困难，正常情况下，用手指分别堵住输油泵进油口和出油口，然后用手油泵泵油，在进油口处应有较大的吸力，在出油口处应有较大的压力，如果出油口处有压力，而拉出手油泵手柄时进油口处没有吸力或吸力很小，说明出油阀密封不严，如果进油口有吸力，而压下手油泵手柄时出油阀处没有压力或压力很小，说明进油阀密封不严。进、出油阀的密封性也可用吹气的吸气的方法进行检查：在输油泵出油口处吹气，正常情况应是不通的，如能吹通说明出油阀不密封；在进油口处吸气，正常情况应是不通的，否则说明进油阀不密封。进、出油阀不密封时，可以用研磨的方法进行修复。 4、溢油阀损坏或密封不严 溢油阀实际上是一只由球阀、阀座和弹簧等组成的单向阀。在回油管接在输油泵进口接头处的燃油系中，如果溢油阀弹簧的预紧力过小或密封不严，会引起空气难以排净的现象。因为当溢油阀弹力不足或密封不严时，在放空气过程中，携有空气的燃油从溢油阀溢出后又从输油泵进油接头处进入低压油路，在油路中循环流动，甚至在手油泵的吸力作用下，空气不但不能排出，反而从放气螺塞处吸入（这一现象很容易使人们误认为输油泵或输油泵至油箱的管路有问题）。 在回油管接入油箱的燃油系中，溢油阀密封不严，停车时空气容易从溢油阀进入喷油泵低压油腔，进入油路中。
柴油机尾气处理 抛开油品问题，其实柴油机的尾气处理要比汽油机复杂的多，排放清洁是要付出代价的。 柴油机的排放目前主要是氮氧化物NOx和微粒PM，主要的难点在于NOx的处理上；而汽油机的排放主要是NOx、碳氢化合物HC和一氧化碳CO等，如果是直喷汽油机也会有微粒PM的排放。 柴油机一般是富氧燃烧，HC和CO比汽油机少多了；但是柴油机的烟是一个问题，这是因为其燃烧方式的原因，柴油机为扩散燃烧，而汽油机为预混燃烧。因此柴油机工作时如果混合气组织不好，就会导致滚滚黑烟，所以造成了柴油机在我们心中的印象总是很差，总觉得柴油机就是不环保的机器，即使汽油机排出大量的无色不可见的有毒气体HC和CO。但有一点你要知道，柴油机的尾气经过完善处理之后，其污染指标全面秒杀汽油机。正如标题所言，这个完善处理到底有多棘手？ 我们知道汽油机的尾气处理一般只需一个大铁壳，也就是三元催化转化器就可以解决了，不保险？那加个氮氧化物存储式催化转化器（NSC）就稳了。燃鹅，柴油机却用不了…为熟么呢？还是因为柴油机为富氧压燃，空燃比相当大，三元催化器在处理NOx时如果氧分压过高，转化效率将会大大下降。所以呢，还得想别的方法… 一、EGR（Exhaust Gas Recirculation 废气再循环） 内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术，主要目的为降低排出气体中的NOx与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。燃鹅…EG
R是很讲求控制策略和实现的，为柴油机加装EGR后动力下降油耗升高再正常不过… 二、DOC（Disel Oxidation Catalyst 柴油氧化催化器） DOC是将柴油燃烧后的排放物，例如CO、HC和SOF等，进行氧化，然后产生CO2和H2O。但DOC并不能将污染物完全氧化，其转换效率分别为：CO：70-90%；HC：60-80%；SOF：40-50%。所以，仅仅DOC是不够的… 三、NSC（NOx Storage Catalyst 氮氧化物存储式催化转化器） 图片用的是汽油机，其实柴油机同样可以使用NSC。它的工作原理是先把NOx存起来，等到一定的时机再进行再生处理，系统性地转换成氮气。但NSC需要贵金属，效率也不高50%-80%，另外标定过程也是复杂… 四、DPF（Disel Particulate Catalyst 柴油颗粒过滤器） 柴油颗粒过滤器根据工作原理分为被动再生（A）和主动再生（B）。被动再生，是指只要达到特定温度和压力条件，过滤器收集到的颗粒物就会被处理掉。主动再生，是指当车辆达不到特定反应条件，需要系统主动的创作条件来处理颗粒物（比如，加热）。插一句，柴油含硫量高的话尾气堵塞DPF几乎就是家常便饭… 五、SCR（Selective Catalyst Reduction 选择性催化还原） 原理：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOx，排出N2，多余的NH3也被还原为N2。要知道SCR的转
柴油机尾气后处理技术
基础开发室性能组
李兴民 2009.4
内容
尾气后处理技术简介 柴油机尾气的组成 后处理基础知识 典型后处理布置方案
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
尾气后处理技术简介
为什么要采用尾气后处理技术？ 为了满足越来越苛刻的环保法 规要求，仅仅依靠发动机本体 的技术措施已经不能满足法规 的要求，专门针对发动机尾气 采用物理、化学方法进行净化 处理的方法叫做发动机尾气后 处理技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
排放法规
2 (8%)
cu rve
8 (9%) 10 (8%)
Torque
Fu ll l oa d
6 (5%)
4 (10%) 75% load
12 (5%)
5 (5%)
3 (10%) 50% lo ad
13 (5%)
7 (5%)
9 (10%)
25% load
11 (5%)
1 (15%) idle
250
A
B
C
Engine speed
100 Torque [%]
200
50
150
0
Engine speed [%]
100
-50
50
-100
0 0
Urban
600
Rural Time [sec]
-150 1200 Motorway 1800
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
第八章内燃机污染物的生成与控制第一节概述一、完全燃烧：水蒸气、二氧化碳 二氧化碳（CO2）是温室气体 二、有害排放物的产生 实际燃烧过程：时间极短 燃料与空气混合不可能完全均匀 特殊工况：冷起动、怠速、全负荷等三、有害排放物的种类 一氧化碳（CO） 碳氢化合物（HC） 氮氧化物（NO x） 微粒PM 第二节污染物的生成机理和影响因素 一、一氧化碳 是HC燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物，如果氧浓度、温度足够高，化学反应时间足够长，可氧化为二氧化碳 主要因素：可燃混合气的过量空气系数 点燃式发动机：各缸空燃比的变动，怠速运转，全负荷，小型单缸点燃机压燃式发动机：燃料和空气混合不均匀 接近冒烟极限或负荷很小时，排放上升明显，局部缺氧严重二、碳氢化合物 1、点燃式发动机 （1）排气：未完全燃烧；二冲程 （2）曲轴箱窜气 （3）蒸发 生成机理 （1）壁面淬熄；（2）狭隙效应；（3）润滑油膜的吸附和解吸；（4）燃烧室沉积物2、柴油机
燃油喷注与周围空气形成的混合气很不均匀 喷注的核心：不会引起很多HC排放 喷注的外围：来不及着火形成稀混合气 怠速或小负荷运转时HC排放高 冷起动时会导致严重的HC排放：喷油与壁面的碰撞 三、氮氧化物NOx 主要来源：参与燃烧的空气中的氮，Zeldovitch机理；一小部分“燃油NO”NO的生成随温度的升高而呈指数函数急剧增加 已燃气中NO2与NO相比可以忽略不计点燃式内燃机： 过量空气系数：影响燃烧温度和氧含量 点火正时：推迟点火 排气再循环 负荷 压燃式内燃机：气缸内达到的最高燃烧温度是决定NOx的最重要因素NOx排放随柴油机负荷增大而显著增加 NOx排放随转速的具体变化与燃烧系统特性有密切关系 喷油正时对柴油机燃烧过程有很大影响：推迟喷油降低NOx排放四、微粒 柴油机的微粒（Particulate Matter，PM）排放量比汽油机大几十倍 轿车、轻型车：0.1～1.0g/km 重型车：0.1～1.0g/(kW·h)柴油机PM的组成取决于运转工况，尤其是排气温度 超过约5000C时，碳烟（Dry Soot） 温度较低时，有机可溶成分（SOF）柴油机排气中的碳烟主要是由柴油中含有的碳产生，生成条件是高温和缺氧 混合气成分不均匀，总体富氧，局部缺氧
柴油车排气后处理装置产品使用手册 系统介绍 介绍说明 此说明书所包含的说明以及建议是正确安装和使用以及维护本系统的过程中必不可少的，其更新时间见公司网站公告。 请在安装之前，仔细阅读整个手册，并完全理解。如果你不会安装本装置的，请联系深圳车佳科技有限公司当地经销商，具体联系方式见公司网站（https://www.doczj.com/doc/d03747845.html,）或致电24小时服务热线：400-7777-266。 安装和维修产品，以及进行任何操作，只能由进行过必要技能培训并合格的人员来执行这些操作。安装和维修时需使用正确的工具，并完全遵守本手册的说明、建议以及安全规定和措施。 本产品的安装、使用、维护以及任何超出本手册的人为干预，责任归于操作者，本公司不承担任何责任。 安全性 大多数发生在使用、维护及修理本产品过程中的事故是由于不遵守基础的安全条例引起的。事先预知潜在的危险能有效避免事故发生。操作者在进行安装前必须经过相关技能培训并达到合格要求，在安装时需要正确使用工具，并且时刻保持警惕。 在完全理解本手册所包含的所有信息之前，请不要开始安装本产品。由于无法预测所有的情况和潜在的危险，本产品的说明书不可能包含所有可能发生的情况。如在安装过程中所选择的程序、工具、方法是没有专门提及的，在此过程中请注意自身以及他人的安全。安装人员必须确认被改造的发动机或是车辆完好无损能够达到改装要求，且不会因为您所选择的产品型号以及安装程序发送故障。
系统工作原理 CJET型柴油机排气后处理装置。主要由低温升温器、氧化型催化器、微粒过滤器、自动添加系统、混合器、催化消声器、尿素罐、尿素泵、喷嘴、电子控制检测系统等组成。柴油机的排气污染物主要由一氧化碳、HC（碳氢化合物）、氮氧化物、颗粒物，当柴油机的排气经排气管进入装置后，首先由氧化型催化器即DOC，对排气中的CO（一氧化碳）和HC（碳氧化合物）通过氧化作用转化为水和二氧化碳。之后，排气通过DPF（颗粒物过滤器），又去碰撞、沉积等物理作用，排气中的颗粒物被DPF捕集和过滤。最后排气通过催化消声器，电子单元接收到满足喷射条件的信号后，发送指令给尿素泵，尿素泵接受指令并借助尿素吸液管从尿素罐中泵取尿素溶液，通过喷射管把尿素与压缩空气的混合气体送至喷嘴，经喷嘴喷出的尿素与排气在混合器内混合、水解，到达催化消声器后，由于催化器表面的化学物质催化作用，排气中氮氧化物与尿素水解后的氨气发生化学反应使氮气和水，之后排气经过尾管排入大气中。通过CJET型柴油机排气后处理装置的作用，柴油车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物及氮氧化物排放标准可以达到国四、国五以上。针对中国的油品国情，该系统还增加了自动配比的添加剂（FBC）辅助再生模块，能有效降低系统的再生温度。 CJET型柴油机排气后处理装置采用了独立自主动再生技术保证DPF的正常运行。随着DPF捕急的颗粒物越来越多，排气背压和温度随之增高，影响发动机的性能和DPF的工作效率，因而须定时去除已捕集的PM以恢复DPF的性能。将去除PM的过程叫做DPF再生。过滤体再生技术分为主动再生和被动再生两种。考虑到被动再生对燃油硫含量的要求苛刻，在我国通常采用提高排气温度的方法来再生DPF,即主动再生。PM的起始燃烧温度约为600℃，而现有柴油机，特别是轻型柴油机的排气温度较低，达不到此温度。系统通过燃油添加剂将PM起燃温度降到450℃，再通过起燃器加热的方式提高过滤体温度，以实现PM 的燃烧并通过排气管排出。此时，排气背压随之逐渐下降，控制系统将发出再生停止指令，系统再生结束。 CJET型柴油机排气后处理装置可广泛应用于客车、叉车、卡车、矿山机械、建筑机械、装载机械、发电机组、内燃机车、轮船及气体压缩机等尾气处理。
中国环境保护产业协会标 T/CAEPI □□－20□□ 柴油机排气后处理装置技术要求 第5部分：后处理器机械性能 Technical Requirements of Diesel Emission Aftertreatment Devices Part 5: Mechanical Performance of After-treatment Converter （征求意见稿） 中国环境保护产业协会发布
T/CAEPI XXX-201X 目 录 前 言...........................................................................III 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 技术要求.......................................................错误！未定义书签。 4.1 一般要求 (3) 4.2 机械性能要求 (3) 5 试验程序 (4) 6 试验方法 (4) 6.1 密封性试验 (4) 6.2 轴向推力试验 (4) 6.3 水急冷试验 (4) 6.4 热振动试验 (5) 6.5 热疲劳试验 (6) 7 检验规则 (7) 7.1 检验分类 (7) 7.2 检验项目 (7) 8 标志、包装、运输、储存 (8)
T/CAEPI XXX-201X 前 言 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，促进环保技术装备发展，规范柴油机排气后处理装置的技术要求和试验方法，降低柴油机尾气排放中的污染物对空气质量的影响，制定本标准。 CAEPI XXX-201X《柴油机排气后处理装置技术要求》分为如下5个部分： ——第1部分：氧化型催化转化器（DOC）； ——第2部分：选择性催化还原器（SCR）； ——第3部分：柴油机颗粒捕集器（DPF）； ——第4部分：氨逃逸催化器（ASC）； ——第5部分：后处理器机械性能； 本部分为T/CAEPI XXX-201X 第5部分。 本部分规定了柴油机排气后处理装置后处理器的机械性能技术要求和试验方法。 本部分是对HJ451-2008《环境保护产品技术要求柴油车排气后处理装置》的修订，与原标准相比主要变化如下 ——增加了后处理器封装单元的技术要求和测试方法 ； ——增加了后处理器总成热疲劳要求和试验方法 ； ——修改了密封性技术要求，将压降要求改为泄漏量要求； ——修改了轴向推力试验方法，根据载体的大小，线性关系增加轴向力； ——修改了预处理条件，调整了预处理温度； ——修改了水急冷试验方法，将四段式循环方式改为两段式； ——修改了振动试验方法； ——修改了试验条件和试验程序； ——修改了检验规则。 本标准由中国环境保护产业协会组织制订。 本标准起草单位： 本标准主要起草人：
柴油机的进排气系统结构设计 由于柴油产生的功率大，价格也相对便宜，因此在我们日常生活中使用的工程机械都倾向于使用柴油机。但柴油机也存在一些问题，诸如排放不达标，这包括废气和噪声排放，功率能耗等，这都与柴油机的进排气系统有关。因此我们有必要对柴油机aa升整个柴油机的性能，降低它的噪声和废气的排放，在满足排放标准的同时提升柴油机的功率能耗。 标签：柴油机；进排气系统；设计 1 进气系统设计 1.1 进气系统的组成及其作用 进气系统主要空气滤清器和进气支管组成。 1.2 空气滤清器设计 1.2.1 作用 燃油燃烧的时候需要消耗大量的空气，以一般的柴油机为例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空气。这么多的空气，里面的杂质诸如灰尘等肯定会很多，如果不把这些杂质清除，一定会加速气缸的部件的磨损，缩短整个发动机的寿命。有实验表明，如果不加装滤清器，发动机的寿命大概缩短三分之二，所以空气滤清器是很重要的。 为了保证柴油机气缸的寿命，我们决定采用干式滤清器。 1.2.2 进气导流管的设计 在现在的这个柴油机车上，为了增强进气效果，可以利用发动机的谐振，这需要空气滤清器的进气导管有交大的容积，来增强发动的谐振，提高进气效能，但进气导管又不能做的太粗，否则在里面流动的新鲜空气的流速太低，反而不利于进气，为了使效果最佳，本次设计的柴油机的导流管应该做的又细又长。 1.2.3 进气支管的设计 进气支管对于柴油机或者气道燃油喷射式发动机来说，进气支管必须把新鲜的空气分配到各个气缸的进气道里面来，而且是均匀的分配，从这个要求考虑，进气支管必须是等长的，而且为了保证空气具有较高的流速，进气支管的内壁的应该尽可能的光滑，以便提高进气能力。一般进气道使用合金铸铁制造，但车辆轻量化是汽车的重点发展方向之一，为了配合这种趋势，近来也采用铝合金制造的进气支管，这种进气支管具有质量轻，导热性能优良的特点，随着科技的进步
柴油机排气异常原因分析 柴油机作为一种动力源，在农村广泛应用。技术状态良好的柴油机，在正常工况下，排气管排出的废气为淡灰色，负荷略重时则可能为深灰色。如果在常用工况下，柴油机排放的废气呈现出白色、黑色或蓝色，说明柴油机排气不正常，应查找原因，排除故障。 一、排气管冒白烟 冬天启动车时多数拖拉机冒白烟，这是属于正常现象。一旦发动机温度超过75 ℃还冒白烟，这就不属于正常现象了。排气管冒白烟说明燃油供给不足或燃油中有水分。白烟实际上是雾状，在没有机件损坏的情况下，造成冒白烟的原因有下列几个方面： 1．柴油中有水主要是由于柴油细滤器堵塞。柴油细滤器工作时间过长，没有经过清洗检查，纸滤芯被柴油中的水分浸湿，脏物堵塞。一般要求机车在使用300 h后要清洗检查柴油细滤器，有损坏的纸滤芯应予更换，不能勉强使用。否则会影响机车使用寿命。 油路里有空气主要是冬季用柴油的牌号不对，特别是寒冷地区更应注意，冬季只能用20号或35号轻柴油。油路里有空气的另一个原因，是使用了已疲劳的铝质垫圈，因为各接头铝质垫圈只能拆装3、4次，在这种情况下，不只是发动机冒白烟，还会因从垫圈处进气造成不断灭车现象，因而必须更换变形的垫圈。 2．喷油器安装孔过大，产生一定间隙，导致散热系统的水大量进入燃烧室。水无法燃烧，受热后生成水蒸气，直接从排气管排出。机车一般使用7~8年以上，经过多次拆修，喷油器安装孔会变大。如果发现这种情况，应注意检查缸盖喷油器孔内有无裂纹，如有裂纹或孔太大必须更换缸盖。若缸盖无问题只是安装孔大了，可用紫铜棒加工一个比原来喷油嘴垫圈稍大点和厚些的垫圈，尺寸可根据实际需要而定。另外，针阀卡住现象，也是冒白烟原因之一。要求几个缸的喷油器针阀同时检查、试压、校正，如需更换针阀也要更换喷油器壳体。 3．冒白烟另一个因素是开始供油时间过晚。表现在活塞从下止点往上止点运行将要爆发时，燃油不能按时准确的将雾状供到，待爆发即将终了之前的刹那才将喷雾送到，使燃油来不及烧完而以雾状排出去。要正确调整供油提前角。 4．发动机防寒预热温度不够，通常发动机最理想的温度应在80～85 ℃。发动机如果保证不了这个正常温度，最容易冒白烟，这主要是燃烧室周围缺少一个“助燃”温床。要求寒冷地区的驾驶人员，一定做好保温的附加设备，如防寒罩。 二、排气管冒黑烟 排气管冒黑烟说明燃油未完全燃烧。其主要原因有下列几个方面：
关于实施国家第三阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放标准 的公告 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
环境保护部公告 公告 2016年第5号 关于实施国家第三阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放标准的公告为推进非道路机械污染减排，改善大气环境质量，根据《中华人民共和国大气污染防治法》和《大气污染防治行动计划》要求，现就实施《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》（GB20891-2014）（以下简称《非道路标准》）有关事项公告如下： 一、分步实施《非道路标准》第三阶段标准。 （一）自2015年10月1日起，所有制造和销售的非道路移动机械用柴油机，其排气污染物排放必须符合本标准第三阶段要求。 （二）自2016年4月1日起，所有制造、进口和销售的非道路移动机械不得装用不符合《非道路标准》第三阶段要求的柴油机（农用机械除外）。 （三）自2016年12月1日起，所有制造、进口和销售的农用机械不得装用不符合《非道路标准》第三阶段要求的柴油机。 二、非道路移动机械生产企业作为环保生产一致性管理的责任主体，应确保实际生产、销售的机械达到《非道路标准》相应要求。同时，按照《中华人民共和国大气污染防治法》将相关环保信息进行公开。 三、环境保护部将加强生产、销售环节监督检查，严厉打击违法生产销售不达标产品行为。对生产、进口、销售不符合《非道路标准》要求的，环境保护部会同有关部门依法进行处罚。 环境保护部 2016年1月14日抄送：中国农机工业协会，中国内燃机工业协会，中国工程机械协会。 环境保护部办公厅2016年1月15日印发
汽车排放污染物测试的发展方向——车载排放测试
样的。作为一个整体，PEMS按照图1所示的PEMS结构图，将各测量仪器集中到一起，利用PITOT管直采的方法，对尾气进行直接取样，分析各污染物的瞬时排放浓度。车辆排放的气体，在PEMS的各个分析仪内经过分析之后，和环境参数、GPS参数一起进入数据整合系统，之后输入到记录和存储数据的PC中。 安装PEMS也是相当容易的。对于乘用车和卡车，可以将系统安装在被测车辆的副驾座位上，这样就使监视屏幕和控制器面向驾驶员，并且所有的连接器面向副驾一侧的车门。系统也能安装在小轿车的后座上，小型厢式车的地板上，掀背式轿车或者皮卡的货箱里，或者车上其他任何安全、方便的地方。将该系统放置在座位上时，最好在座位上铺上保护垫或者油布，这样是为了防止对座位的损坏。当测试重型车辆时，可以将设备放置在对车辆运行和用户使用来说认为安全的地方。 二、各污染物分析原理及分析仪 （一）CO与CO2测量仪器 非透视红外线分析仪（NDIR，Nondispersive Infrared Analyzer）是目前用来试验和评价内燃机排气中有害排放物的一种广泛使用的标准仪器，这种仪器主要用来测定CO和CO2浓度。对于在红外线领域中具有吸收带的非对称气体分子，如HC，原则上也能进行测量。 非扩散红外分析仪是通过测定试样中对象成分的红外光的吸收能，来测定它的成分浓度。它的基本构造如图2所示。它由两个相同的红外光源、试样室、
比较室、检测室、截光室，以及信号放大器和记录仪器等部分组成。 在图2中，比较室中充满了惰性气体（通常为N2），这种气体不吸收待测气体波长的红外线能，不会影响测量结果。两个红外光源辐射出的红外线分别是经过试样室和比较室进入由弹性膜片隔开的检测室的上下两个腔内，在检测室的两个腔内充入等量的纯待测气体，弹性膜片与金属电极共同组成可变电容器，其电量的大小与其间距离成正比变化。当红外线同时通过试样室和比较室时，由于试样室的气体吸收红外光能，而比较室的气体不吸收红外光能，结果使检测室的两个腔所受的红外能不同，由此造成两个腔内温度变化的不同，使左右两个腔内压力不等而使膜片发生位移，于是电容电量发生变化。根据电容量的变化即可确定待测气体的浓度。 试样室中吸收的红外光能与被测气体浓度的关系可以按式1表示： 式中：E a—所吸收的能量 E i—入射能量 k—光能吸收系数 c—被测气体浓度 L—试样管长度 当浓度变化越大时，转换成检测室电容量变化越大，得到的电输出信号越大。NDIR就是根据输出电信号的大小得出样气中CO和CO2的浓度。
汽油车和柴油车排放污染物区别汽油车和柴油车由于使用油料不同，发动机结构、混合气形成方式和燃烧方式不同，其污染物排放规律也不同。表现在下列几方面： (1)汽油具有很强的挥发性，而柴油很难挥发，因此汽油车污染物中有燃料蒸发排放物，其组分是碳氢化合物(HC)。 (2)汽油具有容易与空气混合，且混合后不易分离的特性。汽油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室外进行的(在化油器和(或)进气管)，在点燃之前又经过进气、压缩过程，有相对较长的混合时间，因此汽油与空气可以混合得很均匀，基本不存在局部过浓或过稀和液态油滴的情况，汽油的分子又小，决定了汽油车排放物中颗粒物较少。进入发动机燃烧室的空气与汽油的比例基本控制在理论空燃比附近(所谓理论空燃比是指在理论计算上燃烧1千克的燃料所需要的空气量，对汽油来说通常在14.7左右)，采用火花塞放电点火燃烧，燃烧速度很快;汽油机压缩比低、燃烧最高压力低、最高温度高，燃烧后产物发生高温离解的倾向比较严重，某些死区点不着火或在某些工况下断火，使汽油机排放物中有较多的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)。同时发动机燃烧室内存在很高温，又导致了氮氧化合物(NOx)的产生的排放。因此，汽油车排放的特点是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)排放量高，而颗粒物排放量低，氮氧化合物(NOx)排放与柴油车基本相同。 (3)柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的，柴油高压喷入燃烧室，压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。这种工作方式，决定了柴油
与空气的混合是不均匀的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。油料在高温缺氧时，易炭化形成碳烟。柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。柴油车混合气始终处于比较稀的状态下，也就是说柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。这些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物(NOx)，而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)则不容易形成。因此，柴油车排放特点是颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少。 此外，柴油燃烧后会生成一些有臭味的有机气体，因此，柴油机排放中还有臭味。
现代动力技术之二 现代高效低排放柴油机技术 (五)柴油机排气后处理 石磊 上海交大内燃机研究所
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式（1）一氧化碳（CO）：不完全燃烧产物。 （2）碳氢化合物（HC）：未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物。 （3）氮氧化合物（NOx）：在燃烧过程中和排入大气后造成的氮的各种氧化物（NO、NO2为主）的总称。 （4）颗粒排放物(PM）：主要是碳烟、未燃燃油和润滑油液态颗粒，以及其他碳氢化合物、硫化物、含金属的灰分等。 （5）二氧化碳（CO2）：燃烧的必然产物。
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式 一氧化碳（CO） （1）形成原因 汽油机——主要是由可燃混合气过 浓造成的。 柴油机——主要是由燃烧室内部缺 氧或温度过低造成的。 （2）危害 是一种无色、无味的有毒气体，吸 入人体后，能以比氧强210倍的亲和 力同血液中的血红蛋白结合，形成 碳氧血红蛋白，阻碍血液向心脏、 脑等器官输送氧气，从而引起各种 中毒症状，直至使人窒息死亡。
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式 碳氢化合物（HC） （1）形成原因 汽油机——主要是因为低温缸壁的 冷激作用，使火焰消失；电火花太 弱，不能点燃混合气；进排气门重 叠期间，新鲜混合气泄漏；曲轴箱 窜气，汽油箱或化油器浮子室内汽 油蒸发等。 柴油机——主要是混合气形成不良 或温度过低而形成。 （2）危害 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。
汽车排放污染物的测量方法
汽车排放污染物测试的发展方向——车载排放测试 由于底盘测功机应用的局限性，使得人们开始考虑使用更为先进的汽车排放污染物测试途径——便携式排放测量系统（PEMS， PortableEmission Measure System）。虽然目前世界上通过政府认证的PEMS还不多，而且很多国家都没有颁布对PEMS的认证制度。但是从全球范围内广泛使用通过美国和欧洲认证的PEMS的效果来看，这些便携式排放测量系统还是能够真实反映车辆排放情况，设备的精确性和可靠性还是能够满足我们进行道路排放测试的需要的。由于这些便携式排放测量系统主要是通过直接在车辆上进行安装、测试，所以也被称为车载排放测量系统。 一、车载排放测试技术简介 车载排放测试技术是近些年才日益快速发展的新技术。对于其研究是始于20世纪80年代。车载排放测试技术的发展是伴随着科技和工业水平的进步，以涌现的更新，更全，更精确，更强大的测试设备的出现为标志的。 便携式排放测量系统通过将排气尾管直接连接到车载气体污染物和微粒测 量装置上，对车辆尾气进行直采，实时测量整车排放的体积浓度和质量流量排量，得到气体污染物的质量排放量和微粒排放量。虽然PEMS采用的是直接采样的取样方法，但是在取样过程中没有对取样气进行冷却，这样就排除
样的。作为一个整体，PEMS按照图1所示的PEMS结构图，将各测量仪器集中到一起，利用PITOT管直采的方法，对尾气进行直接取样，分析各污染物的瞬时排放浓度。车辆排放的气体，在PEMS的各个分析仪内经过分析之后，和环境参数、GPS参数一起进入数据整合系统，之后输入到记录和存储数据的PC中。 安装PEMS也是相当容易的。对于乘用车和卡车，可以将系统安装在被测车辆的副驾座位上，这样就使监视屏幕和控制器面向驾驶员，并且所有的连接器面向副驾一侧的车门。系统也能安装在小轿车的后座上，小型厢式车的地板上，掀背式轿车或者皮卡的货箱里，或者车上其他任何安全、方便的地方。将该系统放置在座位上时，最好在座位上铺上保护垫或者油布，这样是为了防止对座位的损坏。当测试重型车辆时，可以将设备放置在对车辆运行和用户使用来说认为安全的地方。 二、各污染物分析原理及分析仪 （一）CO与CO2测量仪器 非透视红外线分析仪（NDIR，Nondispersive Infrared Analyzer）是目前用来试验和评价内燃机排气中有害排放物的一种广泛使用的标准仪器，这种仪器主要用来测定CO和CO2浓度。对于在红外线领域中具有吸收带的非对称气体分子，如HC，原则上也能进行测量。 非扩散红外分析仪是通过测定试样中对象成分的红外光的吸收能，来测定它的成分浓度。它的基本构造如图2所示。它由两个相同的红外光源、试样室、
柴油车排气污染物检测实施细则 一、检测目的及限值 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》防治汽油排气对环境的污染，要求汽油车的排气应符合GB3847-2005的标准。 1、装配压燃式发动机的车辆自由加速试验排气可见污染物限值（GB3847-2005） 2、装配压燃式发动机的车辆自由加速试验烟度排放限值（GB3847-2005）
、在用低速汽车（农用运输车）的排气烟度排放控 3 GB 18322-2002）制要求（ 注：1）连续3次测量结果的算术平均值不超过上述标准对应的排放限值，则为合格。
实现限值的:）进入城镇建成区的在用农用运输车 2．城镇范围由省人民政府决定。 注：机动车分类 1）M类车：至少有4个车轮或有三个车轮且厂定最大总1质 量超过1000kg，除驾驶员座位外，乘客座位不超过8个的载客车辆。 2）M类车：至少有四个车轮或有三个车轮且厂定最大总2质 量超过1000kg，除驾驶员座位外，乘客座位超过8个，且厂定最大总质量不超过5000kg的载客车辆。 3) N类车：至少有四个车轮，或有三个车轮且厂定1最大总质量超过1000kg，常定最大总质量不超过3500kg的载货车量。 轻型汽车：指最大总质量不超过3500kg的M类、M21类、N类车辆。1第一类轻型汽车：设计乘员数不超过6人（包括司机），最大总质量<=2500kg的M类车。1第二类轻型汽车： 除第一类轻型汽车外的其它所有轻型汽车。 重型汽车：最大总质量超过3500kg的车辆。 二、检测用仪器 FLD-150汽/柴油排气分析仪 全自动烟度计FBY-1． 三、主要技术参数 （一）FBY-1全自动烟度计
柴油机的进排气系统结构设计 1进气系统设计 1.1进气系统的组成及其作用进气系统主要空气滤清器和进气支管组成。 1.2空气滤清器设计 1.2.1作用燃油燃烧的时候需要消耗大量的空气，以一般的柴油机为例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空气。这么多的空气， 里面的杂质诸如灰尘等肯定会很多，如果不把这些杂质清除，一定会 加速气缸的部件的磨损，缩短整个发动机的寿命。有实验表明，如果 不加装滤清器，发动机的寿命大概缩短三分之二，所以空气滤清器是 很重要的。为了保证柴油机气缸的寿命，我们决定采纳干式滤清器。 1.2.2进气导流管的设计在现在的这个柴油机车上，为了增强进气效果，能够利用发动机的谐振，这需要空气滤清器的进气导管有交大的 容积，来增强发动的谐振，提升进气效能，但进气导管又不能做的太粗，否则在里面流动的新奇空气的流速太低，反而不利于进气，为了 使效果最佳，本次设计的柴油机的导流管应该做的又细又长。 1.2.3进气支管的设计进气支管对于柴油机或者气道燃油喷射式发动 机来说，进气支管必须把新奇的空气分配到各个气缸的进气道里面来，而且是均匀的分配，从这个要求考虑，进气支管必须是等长的，而且 为了保证空气具有较高的流速，进气支管的内壁的应该尽可能的光滑，以便提升进气水平。一般进气道使用合金铸铁制造，但车辆轻量化是 汽车的重点进展方向之一，为了配合这种趋势，近来也采纳铝合金制 造的进气支管，这种进气支管具有质量轻，导热性能优良的特点，随 着科技的进步也有采纳复合材料的进气支管，而且应用越来越广。这 种进气支管，内壁光滑，质量很轻，关键是其无需特别加工，其内壁 就特别光滑，这点十分重要，所以有增大应用的趋势。
中小功率柴油机排气污染物排放限值 JB 8891—1999 国家机械工业局1999—09—17批准2000—01—01实施 前言 为全面贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，本标准规定了非道路用中小功率柴油机排气污染物排放限值。 本标准是按GB／T 8190．4—1999(<往复式内燃机排放测量第4部分：不同用途发动机的试验循环》(idt ISO 8178—4：1996)的有关规定，结合目前我国中小功率柴油机排放水平和控制技术，并参考了联合国欧洲经济委员会ECE R49的排放法规而制定的。 本标准自实施之日起，代替GBn 267—87。 本标准由全国内燃机标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：上海内燃机研究所。 本标准主要起草人：钱本娴、李贞、李绍新、杜任方。 1 范围 本标准规定了中小功率柴油机排气污染物排放限值，为道路运输设计的车用柴油机除外。 本标准适用于气缸直径小于或等于160mm的中小功率柴油机。主要包括： ——农用运输车、拖拉机、联合收割机、工程机械、叉车、林业机械、建筑机械和工业钻井设备等用途的柴油机； ——发电、排灌水泵、压气机、冷冻机、电焊机等恒速用柴油机； ——船用主机； ——植保机械用柴油机。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 10327—1989 发动机检测用标准轻柴油技术条件 GB／T 8190．1一1999 往复式内燃机排放测量第1部分：气体和颗粒排放物的试验台测量 GB／T 8190．2—1999 往复式内燃机排放测量第2部分：气体和颗粒排放物的现场测量 GB／T 8190．4—1999 往复式内燃机排放测量第4部分：不同用途发动机的试验循环 ISO 8178—5：1997 往复式内燃机排放测量第5部分：试验用燃料 3 定义 本标准采用下列定义。 3．1 排气污染物 从柴油机排气中排出的污染环境的各种物质。 3．2 比排放量 柴油机每千瓦小时所排出的污染物的质量，用g／(kW．h)表示。 3．3 直接取样法 将总排气流中的部分原排气直接通入各分析仪中的取样方法。 3．4 部分流稀释法 将总排气流中的部分原排气与适量稀释空气混合成气样的方法。
一、排气后处理的原因与意义 随着我国工业快速崛起与经济迅猛发展，我国人民的生活水平不断提高，对于生活品质的要求也越来越高，汽车作为一种非常便捷的交通工具也越来越普及，汽车工业也得到了飞速的发展。 然而，汽车的普及与汽车工业的快速发展给人们生活带来便利的同时也产生了能源与环境问题。近年来，节能、能源与环境相容问题成为备受关注的重大科学问题。而汽车发动机作为汽车动力的问题的根本所在，因此改善汽车性能的关键在于开发汽车发动机节能减排技术。 因而，随着对内燃机低排放的要求不断严格，能兼顾动力性、经济性、排放性的内燃机越来越复杂，成本急剧上升。因此，世界各国都先后开发排气后处理技术，在不影响或者少影响内燃机其他性能的同时，降低最终向大气环境的排放。 如何解决好发展过程中的能源与环境问题成为当前汽车工业面临的两项难题。一直以来汽车发动机以石油作为主要的燃料来源，但是，石油资源具有不可再生性，连续开采已使得石油资源日益枯竭。尾气排放带来的环境污染问题也是汽车工业急需解决的问题，制定并实施汽车尾气排放标准是一项较为有效的控制措施。 在能源与环保的双重压力下，我国汽车发动机行业引进了许多先进的技术。就汽车发动机而言，汽车发动机排气后处理技术等先后应用到实际的生产生活中，其技术可以有效改善汽车发动机的尾气的排放与污染，降低废气污染的排放。 进入二十一世纪，世界汽车发动机技术的研究重点与目标趋向于节能和二氧化碳减排取代排放控制的方面上。因此发动机排气后处理技术正处于上升趋势，而且国际上发动机排气后处理技术近年来已经有了很大的提高，其基础理论与机制有了巨大的进步，因此研制、设计、和试验汽车发动机系统的技术得到了很大的革新。 二、排气后处理技术的原理与分类 在讨论汽车发动机排气后处理技术之前，我们应该首先讨论一下汽车发动机所排放的尾气与其对于人体与社会的危害。 首先汽车发动机的尾气的主要危害物有一氧化碳、碳氢化合物与氮氧化合物等众多有毒有害的气体。它们产生的原因多是有由于燃油的不充分的燃烧所引起的，并且在高温的情况下，更容易产生更多的上述的有害气体，这些有害气体会对环境造成极大的污染，对人体造成呼吸系统、血液、神经系统的人体重要的系统形成极大的损伤。 而发动机的排气后处理技术就是用来减缓与解决上述的问题的。按目前主要的方法，汽车发动机排气后处理技术按照汽车发动机的燃油的种类，可以分为汽油机排气后处理技术与柴油机排气后处理技术。 下面首先介绍汽油机排气后处理技术，汽油机排气后处理技术主要包括热反应器、催化转化器、HC捕集器，其中催化转化器又可以分为氧化性、还原性、氧化还原（三效）型以及稀燃型，目前单纯还原型的催化剂已很少用。下面对汽油机排气后处理技术的各个部分进行较为详细的介绍： 首先是热反应器：处理对象为CO和HC。随着三效催化器的普及，20世纪90年代开始生产的新车已不采用热反应器。由于摩托车的排气后处理装置要求
柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。气态污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物，有机氮化物及含硫混合物等；液态污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等；固态污染物有碳、金属、无机氧化物、硫酸盐，以及多环芳烃(PAH)和醛等碳氢化合物。 上述污染物中，最主要的是CO、HC、NOx以及固体微粒(PM)。CO是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体；HC也是柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物；NOx是NO2与NO的总称，它们都是在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物，NO在空气中即被氧化成NO2，NO2呈红褐色并有强烈气味；PM是所排气体中可见污染物，它是由柴油燃烧中裂解的碳(干烟灰)、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒，也就是我们常见的由排气管冒出的黑烟。相对汽油机而言，柴油机的CO和HC排放量较少，主要排放的污染物是NOx和PM。 CO通过呼吸道进入人体后，会同血红蛋白结合，破坏血液中的氧交换机制，使人缺氧而损害中枢神经，引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等后果，严重时会造成CO中毒。 HC中含有许多致癌物质，长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。 NO2刺激人眼黏膜，引起结膜炎、角膜炎，吸入肺脏还会引起肺炎和肺水肿。 HC和NOx在阳光强烈时的紫外线照射下，会产生光化学烟雾，使人呼吸困难、植物枯黄落叶、加速橡胶制品与建筑物的老化。 PM被吸入人体后会引起气喘、支气管炎及肺气肿等慢性病；在碳烟微粒上吸附的PAH等有机物，更是极有害的致癌物。 2、柴油机的排放标准 为了控制废弃污染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及控制排放污染物限制的技术监督标准。欧盟柴油机稳态试验(试验程序ESC)时的排放标准如附表所示。 我国已于2000年实施了“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法(GB17691-1999)”、“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆可见污染物限制及测试方法(GB3847-1999)”等排放标准。这些强制性的国家标准等效采用了联合国欧洲经济委员会(ECE)有关汽车排放控制的全部技术内容，这意味着我国对新车的排放要求已达到欧洲90年代初期水平，比旧有的国家标准更加严格了。 g/(kw·h) 标准开始实施年份污染物排放标准 CO HC NOx PM 欧⒈ 欧Ⅱ 欧Ⅲ 欧Ⅳ 1992 1998 2000 2005 4.5 4.0