柴油机排气后处理技术

柴油机尾气后处理技术研究关键词：柴油机；尾气后处理技术；排气1 柴油机尾气后处理技术的发展现状减少尾气有害物排放的关键技术仍然是机内净化技术，即改进混合气的形成过程、优化发动机的燃烧过程、电控技术等，但是，随着国家排放法规的日益严格，单纯的依靠机内净化技术已经很难在满足排放法规的需要，因此，就需要从尾气处理方面着手，也就是尾气后处理技术进一步对柴油机尾气进行处理，以达到减少有害物排放的要求。

当前，在柴油机尾气处理方面被广泛应用的技术主要包括氧化催化器、微粒捕集器以及氮氧化物还原技术等，下面就简单介绍这些技术的发展现状。

1.1氧化催化器（DOC）柴油机氧化催化技术已经非常成熟，目前，國内外各大汽车生产厂商所采用的氧化催化剂主要为铂、钯等贵金属催化剂。

柴油机氧化催化器的主要作用就是对发动机尾气中的一氧化碳、未燃碳氢、二氧化硫等进行氧化处理，它可以明显降低柴油机尾气中的一氧化碳和未燃碳氢，同时还可以氧化尾气中的可溶性有机盐以及炭烟进而减少颗粒物的排放。

1.2微粒捕集器（DPF）柴油机微粒捕集器的主要作用就是尾气中的颗粒物进行过滤处理，当前，微粒捕集器的捕集方式主要是过滤捕集法，市场上通用的过滤材料主要有陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属纤维编织物以及金属蜂窝载体等。

柴油机尾气经排气管进入微粒捕集器多孔结构过滤体内，细密的过滤体将尾气中的颗粒物进行过滤，对颗粒物的过滤效率可高达90%左右。

当微粒捕集器内积累的颗粒物达到一定限值时就会严重阻碍尾气的流通，同时还会影响颗粒物的捕集，因此就需要定期对过滤的颗粒物进行处理，这个过程就称为微粒捕集器的再生过程。

目前微粒捕集器的再生方法主要分为两种，一种是断续加热再生另一种是连续催化再生。

下面就简单介绍一下这两种再生方法：（1）断续加热再生断续加热再生是柴油机微粒捕集器在工作一段时间后，累积的颗粒物达到饱和状态后采用解热的方式清除，这种再生方法又称为主动再生。

目前柴油机尾气后处理装置中使用最为普遍的加热方式是电加热和燃烧加热。

柴油机排气后处理技术综述摘要：随着国六标准的出台，对尾气排放要求越发严格，而降低排放的重要手段就是排气后处理技术。

本文基于排气后处理技术的发展、现状，从专利分析方面，对排气后处理技术全球和我国专利申请状况、重要申请人进行了统计、分析，较为深入的分析了当前局势，为今后我国的发展提供参考。

关键词：柴油机；排气处理；SCR；DPF；专利分析1、排气后处理技术发展概述柴油机排气后处理技术正式用于柴油机是从欧Ⅳ排放阶段开始的，主要技术路线有SCR和DPF两种，由于各国法规、油品和关注的性能指标具体情况不同，采取的技术路线也不同[1]。

采用SCR技术路线时，通过机内净化技术，PM可降至法规要求，但NOx排放会显著增高，依靠高效的SCR 后处理系统将NOx 降至法规标准水平。

另外，SCR 系统对柴油含硫量的要求较低且可显著节省燃油费用[2] [3]。

采用DPF技术路线时，通过机内用冷却EGR降低NOx，这时PM会有明显升高，然后用DPF降低PM排放。

DPF 系统的复杂程度和成本低于SCR技术路线[4] [5]。

而专利分析是企业战略与竞争分析中一种独特而实用的分析方法，是维护自身权益与抢占技术制高点的重要支撑[6]。

本文应用Incopat软件对排气后处理技术中SCR技术和DPF技术2000~2019年的全球和国内专利申请分别进行了检索，并对检索结果进一步作了统计，具体从专利申请量、主要申请人进行了分析。

2、SCR技术专利分析2.1全球专利申请状况全球专利申请量趋势可以概述为：1）萌芽期（2000年-2003年），申请量较少，每年都不高于2000件，这是因为在该时期SCR技术还比较落后，人们的关注点还在于车辆的动力性，至于SCR技术还处在萌芽期；2）快速增长期（2003年-2014年），SCR技术的专利年申请量明显逐年增加，可见，随着人们对汽车的节能意识以及环保意识提升，人们越来越关注SCR技术，进而促进了专利申请的爆炸式增长，而且这几年也是汽车产业迅猛发展的一个侧面写照；3）成熟期（2014年以后）SCR技术在2014年达到申请量的顶峰，达到了8256件，随后出现了下降趋势，特别是在2017年，全球申请量下滑严重，这是由于SCR技术越发成熟，已发展到一定的瓶颈，想要再进行突破，相当困难，需要投入更多的研发。

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 rve8 (9%) 10 (8%)TorqueFu ll l oa d6 (5%)4 (10%) 75% load12 (5%)5 (5%)3 (10%) 50% lo ad13 (5%)7 (5%)9 (10%)25% load11 (5%)1 (15%) idle250ABCEngine speed100 Torque [%]200501500Engine speed [%]100-5050-1000 0Urban600Rural Time [sec]-150 1200 Motorway 1800DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD尾气后处理主要技术路线DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDDOC (Diesel Oxidation Catalyst)DOC的功能 1、降低HC和CO 效率达到85%； 2、去除PM中的部分SOF ，降低PM效率可达10-30%； 3、将NO氧化为NO2 DOC的应用 1、乘用车单独应用，降低HC和CO； 2、与DPF或POC连用，提升再生温度，NO2氧化C颗粒； 3、作为SCR系统前级，调整NO和NO2比例DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDPOC (Particulate Oxidation Catalyst) POC的功能 降低PM排放，过滤效率50% POC的优点 1、没有堵塞的风险 2、完全被动再生（CRT），不 需要ECU控制，不需要额外 设备 3、装车尺寸小，易于布置 POC的缺点 1、要求低含硫燃油 2、相对于DPF转化效率低DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDDPF (Diesel Particulate Filter)DPF的功能 降低PM排放，过滤效率90% DPF技术的难点在于再生技术 主动再生： 燃烧器再生 HC+DOC再生 电加热再生（应用工程机械） 被动再生 CRT再生技术DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDSCR (Selective Catalytic Reaction)在排气管中喷入尿素作为还原剂 催化器保证化学反应速度及还原反 应的选择性 有利于改善油耗 欧洲卡车欧4的主流技术DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD柴油机尾气的组成21% 78%DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD典型柴油机颗粒的来源可溶性有机物39%SOF (soluble organic fraction)颗粒物柴油（66%）润滑油（34%）可溶润滑油（29%）不可溶润滑油（10%）干碳烟soot （43%）硫酸盐SO4.nH2O （13%）可溶燃油（10%）柴油机颗粒的组成柴油机颗粒是由固体碳烟，在碳的外面吸收了一层可溶于有机物的碳氢化合物和可溶于水的硫酸盐三部分组成颗粒物大小分布典型发动机不同转速负荷颗粒物组成碳氢化合物的蒸发特性蒸发温度分子中碳原子数碳氢化合物的蒸发特性主要取决于碳原子数注意的问题在排气管道中SOF成分通常为气态，在测量时需要冷却到52 ℃，只有碳原子数小于5的有机物为气态，其余成分为液态附着在碳粒表面。

柴油机排气后处理技术的现代进展苏　岭,周龙保,蒋德明,李　维(西安交通大学,陕西西安710049)摘要:柴油机排气后处理技术是降低柴油机排放的有效技术之一,是柴油车排放控制的关键技术,介绍柴油机De 2NOx 和减低PM 的相关技术、机理及其现代进展。

关键词:柴油机;排气后处理;DeNOx 技术;PM ;现代进展中图分类号:TK 42115 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2003)01-0001-04R ecent Development of Aftertreatment of Diesel EmissionsSU Ling ,ZHOU Long -bao ,J IAN G De -ming ,L I Wei(Xi ’an Jiaotong University ,Xi ’an 710049,China )Abstract :After -treatment of diesel emissions is an effective technology to reduce diesel emissions.It is one of key tech 2nologies to control diesel emissions.The relevant DeNOx and reducin g PM technologies of diesel ,mechanisms and recent development are introduced in this paper.K ey w ords :diesel engine ;aftertreatment ;DeNOx technology ;PM ;recent development 基金项目:国家重点自然科学基金资助项目(50136040)作者简介:苏岭(1975-),男,重庆人,博士生,主要研究方向:内燃机替代燃料及电子控制技术。

当下常用柴油机后处理技术：1SCR（Selective Catalytic Reduction 选择性催化还原技术）1.1NH3- SCR1.1.1反应原理使用尿素水溶液作为氨气来源，这种溶液尿素质量分数为32.5%，符合DIN V70070国际标准，市场上也称之为“AdBlue”溶液。

当尿素水溶液被喷射到排气管中后，与高温的废气混合，尿素水溶液经过气化、热解和水解等一系列复杂的化学反应生成氨气和二氧化碳，简单可以分为两步。

第一步: 热解反应CO(NH2)2→加热→NH3+ HNCO第二步: 水解反应HNCO+H2O→催化剂→NH3+CO2尿素分解释放出的氨气与废气中的NO x发生化学反应，具体反应方程式如下4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O8NH3+6NO2→7N2+12H2O1.1.2控制方法尿素SCR系统主要由后处理控制单元( DCU)、尿素泵( SM)、喷嘴( DM)、尿素罐、SCR 催化器及相应液力管路和电气线束构成，如下图所示。

DCU为主控制单元，处理传感器信号、计算尿素喷射量并对各种执行器进行控制。

SCR 系统开始工作时，DCU首先确认系统是否处于正常状态，然后发出指令使尿素泵开始加压，压力使尿素水溶液开始流动。

控制单元通过CAN总线与发动机的ECU进行通讯，获得发动机的运行参数，再加上催化器上游温度信号，计算出尿素喷射量，驱动喷嘴将适量的尿素水溶液喷射到排气管内，按反应机理还原尾气中的NO x，多余的尿素被送回到尿素罐内。

1.1.3存在的问题1.1.3.1低温工况下NO x转化率低尿素在废气温度为160℃左右时，开始发生热解反应产生异氰酸(HNCO)和一部分氨气。

由于尿素热解需要吸收大量的热量，当排气温度较低时热解速度较慢。

有关研究表明，温度为330℃时仅有20%左右的尿素可以发生热解，而400℃时有50%的尿素发生热解，剩下的尿素只能到达催化剂表面后完成热解。