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工程机械用柴油机排放标准分析摘要：柴油机以其热效率高、油耗低、扭矩特性好、可靠性高、使用寿命长、运行成本低等优点,在工程机械中得到广泛使用。
作为非道路用发动机的主体,工程机械柴油机的排放污染不容忽视。
近年来，在道路机动车排放收紧控制的同时，非道路移动机械的污染日益严重，有必要进一步提高非道路移动机械的污染物排放控制水平，以减轻由于此类机械设备保有量和使用量的不断增长给环境带来的压力，早日实现环境空气质量改善目标。
关键词：工程机械；柴油机；排放标准导言柴油机是工程机械广泛使用的原动力,为了有效控制其尾气污染,发达国家对非公路发动机的排放控制制定了严格的标准。
我国在这方面起步较晚,但在北京等重点城市已经开始关注并治理工程机械排放的污染问题。
为了实现达标排放,经过近十余年来的研究与开发,大量新技术已应用于柴油发动机的排放控制,为环保型工程机械的发展奠定了可靠的技术基础;并为施工部门提供了可供选择的排放清洁、节省能源的工程机械。
1、国外排放法规现状目前全球的排放法规有日本、欧洲、美国三大体系。
这三个体系的要求和试验方法虽不相同，但对于控制的有害成分（CO、HC、ＮＯｘ、ＰＭ）是一样的。
随着社会的进步，这三大体系在非道路用设备上，通过协调已经有了统一的趋势，并且开始修改标准相互包容。
由于各国发展水平不同，执行标准时间有着较大的差别，设备制造企业必须注意这些国家和地区的要求。
设备的使用者也必须注意在选择这些设备和使用地点时是否满足这些要求？否则将会遇到麻烦。
2、我国非道路用发动机的排放标准2.1我国非道路用发动机排放普查工作和标准起草工作已启动多年，由于太多的发动机厂不能达标，使得国标无法出台，仅在1999年发布了一个行业标准JB8891-1999，这个排放标准是一个过渡标准，到2002 年达到相当于欧洲 0准备阶段水平，由于种种原因实际上基本没有执行。
可喜的是北京地区非道路用发动机排放标准DB11/2003，已于2003年颁布并执行，它为国家标准的出台做好了准备。
柴油机尾气的主要污染物及其危害
NOx（氮氧化合物）
PM（颗粒）
主要NO和NO2，高浓度的NO可引起中枢神经
的瘫痪及痉挛；NO2有特殊刺激性臭味，引起
肺水肿的同时,引起独具特点的闭塞性纤维性支
气管炎。
典型案例：1952年美国洛杉矶化学烟
事件。
污染大气,有伤人体：2nm以下的碳烟吸入肺部
后会沉积起来,而0.1-0.5nm的碳烟对人体危害最
大,除了致癌作用外,这种碳烟吸入肺部,还会导致
慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。
CO
CO（一氧化碳）
HC（碳氢化合物）
经人呼吸进入肺部,被血液吸收后能与体内
血红蛋白结合成一氧化碳—血红蛋白，导致人
体组织缺氧，可引起中毒甚至窒息而死亡。
内燃发动机排出废气中含烃类,成分有200多种。
其中有苯并(a)芘、硝荃稀、甲醛、乙烯、丙烯
醛等。
各种成分对人类的直接影响,目前还不完
全清楚。
但可以肯定,苯并(a)芘(C20H12)和硝
荃烯致癌物质。
甲醛、丙烯醛对眼睛和呼吸器
官有强烈的刺激性,对肺部防御机理产生严劣影
响。
乙稀在常见浓度下,会伤害农作物和某些观
赏植物。
重卡排放标准重卡排放标准是指针对重型商用车辆的尾气排放所制定的一系列环保标准。
以下是详细的标准内容：1. 标准分类根据不同地区和国家的环境状况和经济发展水平，重卡排放标准可分为国家标准、地方标准和企业标准。
2. 标准级别国家标准分为国Ⅰ、国Ⅱ、国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ五个级别，其中国Ⅴ是目前最严格的重卡排放标准。
地方标准和企业标准则根据实际情况制定，但必须符合相应的国家标准要求。
3. 标准内容重卡排放标准主要包括以下污染物限制：① 氮氧化物（NOx）：是指氮气和氧气在高温条件下反应生成的一种有害气体。
在重卡尾气中含量较高，是造成空气污染的主要因素之一。
各级别排放限值如下：- 国Ⅰ：7.5g/kWh- 国Ⅱ：5.0g/kWh- 国Ⅲ：3.5g/kWh- 国Ⅳ：3.0g/kWh- 国Ⅴ：2.0g/kWh② 碳氢化合物（HC）：是指一类含有碳和氢元素的有机物质，也是重卡尾气中的主要污染物之一。
限值如下：- 国Ⅰ：1.1g/kWh- 国Ⅱ：0.78g/kWh- 国Ⅲ：0.46g/kWh- 国Ⅳ：0.4g/kWh- 国Ⅴ：0.3g/kWh③ 氧化物（CO）：是指一种有毒无色气体，对人体和环境都有害。
限值如下：- 国Ⅰ：4.5g/kWh- 国Ⅱ：3.5g/kWh- 国Ⅲ：2.0g/kWh- 国Ⅳ：1.5g/kWh- 国Ⅴ：1.0g/kWh④ 颗粒物（PM）：是指重卡尾气中的固体或液态颗粒状物质，对健康和环境都有严重影响。
限值如下：- 国Ⅰ：0.10g/kWh- 国Ⅱ：0.08g/kWh- 国Ⅲ：0.04g/kWh- 国Ⅳ、国V均为0.02g/kWh4. 标准实施时间不同级别的重卡排放标准实施时间也有所不同：- 国Ⅰ：2000年7月1日- 国Ⅱ：2003年7月1日- 国Ⅲ：2005年7月1日- 国Ⅳ：2010年7月1日- 国Ⅴ：2018年7月1日5. 标准执行机构重卡排放标准的执行机构是国家环境保护部门和相关行业监管机构，负责对重型商用车辆进行尾气排放检测和监管。
1、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。
工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望柴油机具有高热效率、大功率等特点，有着良好的经济性和可靠性，在工程机械领域得到了广泛的应用，如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。
虽然柴油机具有许多优点，但是其所排放的尾气中有害成分较多，主要有HC、CO、SO、NO和PM(微粒)。
尤其是在施工现场，由于工程机械和运输车辆来往比较频繁，加之通风条件的限制，这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面，极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行，因此，对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。
1燃料方面的控制措施代用燃料采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一，并且由于化石燃料有限，寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。
目前，代用燃料主要有天然气、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚(DEM)，碳酸二甲酯(DMC)及生物柴油等，其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源的代用燃料。
其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。
甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。
重型柴油车实际道路氮氧化物和碳排放研究
葛子豪;尹航;徐龙;杨扬;吉喆;黄英
【期刊名称】《中国环境科学》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】通过对20辆国五及国六重型柴油车排放远程监控数据分析,分别使用
3B-MAW方法、总行程平均法以及功基窗口法对数据进行分析,获取了重型柴油车在实际道路上的NO_(x)和CO_(2)排放特征.数据分析结果表明国六重型柴油车实际道路NO_(x)排放显著低于国五重型柴油车,且二者在中/高负荷工况下的NO_(x)排放相比低负荷时亦有明显降低.但国六重型柴油车的CO_(2)排放却比国五重型柴油车高出10%左右,应引起广泛重视.按窗口功率比大小进行NO_(x)排放分析的
3B-MAW方法,既能考虑到重型柴油车道路排放特点,又能兼顾SCR催化剂对
NO_(x)排放控制的技术特点,适合用于进行重型柴油车排放远程监控数据评价分析.【总页数】8页(P646-653)
【作者】葛子豪;尹航;徐龙;杨扬;吉喆;黄英
【作者单位】北京理工大学;中国环境科学研究院;潍柴动力股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】X511
【相关文献】
1.基于发动机在环的重型柴油车实际道路细小颗粒物排放特性研究
2.低负荷工况下城市类重型柴油车的实际道路排放特性研究
3.基于远程数据的重型柴油车实际道
路碳排放测算准确度4.基于实际道路测试的重型柴油车排放评估方法研究5.功率阈值对重型柴油车实际道路排放结果的影响研究
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重汽国Ⅳ柴油机SCR系统介绍重汽国Ⅳ柴油机SCR系统介绍SCR技术（Selective Catalytic Reduction）是目前处理柴油机尾气中氮氧化物（NOx）的最为先进的技术之一，重汽在生产国Ⅳ柴油机时采用了SCR系统来满足新的排放标准。
SCR系统由催化还原剂和尿素水溶液组成。
催化还原剂是一种重要的催化剂，有助于将NOx转化为分别具有无毒性的氮气和水蒸气，从而降低了柴油机的尾气排放。
尿素水溶液则是用于供给催化剂，其主要成分为尿素和水，当该水溶液进入催化还原剂后可以在特定温度下分解出氨气，从而促进了催化剂的反应。
重汽国Ⅳ柴油机SCR系统的工作原理是：柴油机燃烧后产生的NOx进入SCR装置，在催化剂的作用下，NOx与尿素水溶液中的氨气发生反应，生成无害的氮氧化物和水。
而且由于这个催化过程中需要的温度相对较高，通常需要通过柴油机的废气再加热，实现SCR系统催化反应。
重汽国Ⅳ柴油机SCR系统的特点是可靠性高，具有良好的效果。
首先，SCR催化剂的制作工艺的加工精度高，耐用程度高，这可以获得一个很好的性能；其次，通过选择适合的尿素水溶液，催化剂的反应速度和效率可以得到很好的提升，使柴油机的尾气排放符合国家的新环保标准，发挥出优秀的功效；此外，SCR系统结构简单，不增加额外成本，相比其他类似技术，SCR装置具有出色的代价效益。
总的来说，重汽国Ⅳ柴油机的SCR系统是一种技术先进、可靠性高、能够成功降低柴油机尾气污染的环保技术。
它成功地解决了NOx排放问题，，有效地减少了对环境的污染，为人们的健康和生活环境提供了承诺。
以下是重汽国Ⅳ柴油机SCR系统相关的数据：1. 重汽国Ⅳ柴油机SCR系统的氮氧化物（NOx）排放量要求：在负载不超过100%的重量情况下，排放量不超过3.5g/kWh；在负载超过100%但不超过110%的情况下，排放量不超过4.5g/kWh。
2. 重汽国Ⅳ柴油机SCR系统使用的尿素水溶液的成分：尿素占比32.5%，水占比67.5%。
重型发动机氨排放特性的台架试验研究张凡;李昂;于津涛【摘要】在发动机台架上进行了ESC、ETC和WHTC循环的排放测试,使用可调谐激光二极管气体分析仪测量了10台重型发动机催化器后的氨排放水平.研究结果表明,以理论空燃比燃烧的气体机在WHTC循环三效催化器达到起燃温度后有氨排放产生,市郊工况中的高速加浓工况有助于氨排放的产生.对于使用SCR技术的柴油机,其氨排放与NOx排放是互逆的,柴油机的氨排放水平远低于NOx排放.柴油机在冷态WHTC循环的氨排放低于热态,氨排放峰值出现在市郊工况.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】6页(P47-52)【关键词】重型发动机;氨排放;台架试验;排放测量【作者】张凡;李昂;于津涛【作者单位】中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300;中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300;中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300【正文语种】中文【中图分类】TK411.5氨(NH3)作为大气氮循环的关键成分之一，可以与大气中的NOx和SO2等酸性成分发生氧化反应生成NO3-和SO4+，进而通过中和反应形成硝酸铵、硫酸铵等二次颗粒物[1]。
这些物质均是大气中PM2.5的重要组成部分，是导致我国京津冀等地区严重雾霾的重要原因之一。
因此，NH3也是大气中二次颗粒物的重要前驱物，对灰霾污染的形成有重要作用[2]。
大气中的氨排放主要来源于人为和天然两种途径，人为源可以分为农业源和非农业源，而机动车的氨排放属于非农业源。
一般来说，农业源是大气中NH3的最主要排放源，但是近期的研究表明，机动车尾气中的氨排放已经成为高度城市化区域中一个不能忽视的污染物[3]。
2000年Chitjia等研究发现，在美国加利福尼亚州南海岸地区由机动车排放的NH3大约占该地区总氨排放量的18%[4]。
美国环保署2007年研究报告表明，2006年美国大约有8%的NH3来源于机动车尾气排放，机动车产生的氨排放不容忽视[5]。
2015年12月 CIESC JournalDecember 2015第66卷第12期化工学报V ol.66 No.12重型柴油机主要含氮化合物的排放特性谭丕强，曾欢，胡志远，楼狄明（同济大学汽车学院，上海 201804）摘要：采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术，研究了加装选择性催化还原SCR装置的重型柴油机主要含氮化合物排放，重点探索了不同工况下主要含氮化合物NO、NO2和N2O的排放特性。
结果表明：未加装SCR的原机，随负荷的增加，柴油机NO排放持续上升，NO2排放先升后降，N2O排放很少。
加装SCR后该柴油机NO与NO2排放均明显下降，标定转速下NO2排放降幅较大，主要是其NO2/NO值稍高导致快速SCR反应较多的原因。
由于存在SCR副反应，与原机相比，柴油机N2O排放比原机平均增加2倍以上，最大转矩转速下N2O排放升幅更高。
N2O排放随负荷的增加而上升，主要是排温升高导致NH3氧化生成N2O反应速率增加的原因。
加装SCR后，该机排气中的NO/NO x值要明显低于原机状态，而外特性的NO2/NO x值和N2O/NO x值高达12.8%和20.7%，均远高于原机的3.0%和0.5%。
关键词：SCR；柴油机；污染；含氮化合物；排放DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20150830中图分类号：X 51 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2015）12—5022—09 Emission of nitrogen-containing compound from a heavy duty diesel engineTAN Piqiang, ZENG Huan, HU Zhiyuan, LOU Diming(School of Automobile, Tongji University, Shanghai 201804, China)Abstract: The emission of nitrogen-containing compound from a heavy-duty diesel engine with selective catalytic reduction (SCR) was studied by using Fourier transform infrared spectrum (FTIR) technology. The main emitted nitrogen-containing compounds including NO, NO2 and N2O under different operating conditions were analyzed. The results showed that the NO emission from the engine without SCR ascended with increasing engine load. The NO2 emission ascended firstly and then declined, while the N2O emission was very low. Compared to the engine without SCR, the NO and NO2 emissions from the engine with SCR significantly descend, and the NO2 emission decreased remarkably at rated engine speed, which was because the rapid SCR reaction rate increased with increasing NO2/NO ratio. The N2O emission from the engine with SCR was more than twice from the engine without SCR, particularly higher at full load, which was due to the existed SCR side reaction. The N2O emission ascended with increasing engine load since that increasing exhaust temperature led to higher oxidation reaction rate of NH3 to N2O. The NO/NO x ratio of the engine with SCR was obviously lower than that of the engine without SCR, while the NO2/NO x ratio and N2O/NO x ratio were 12.8% and 20.7%, respectively, which were much higher than those of the engine without SCR.2015-06-04收到初稿，2015-09-02收到修改稿。
联系人及第一作者：谭丕强（1974—），男，博士，教授。
基金项目：国家高技术研究发展计划项目（2012AA111720）；内燃机燃烧学国家重点实验室开放基金（201204）。
Received date: 2015-06-04.Corresponding author: Prof.TAN Piqiang, tpq2000@Foundation item: supported by the National High Technology Research and Development Program of China (2012AA111720) and the Open Fund of State Key Laboratory of Engines (201204).第12期谭丕强等：重型柴油机主要含氮化合物的排放特性·5023·Key words: SCR; diesel engine; pollution; nitrogen-containing compound; emission引言氮氧化物NO x是柴油机排放的主要含氮化合物，其主要成分包括NO、NO2和N2O[1-3]。
高浓度的NO能引起人体神经中枢的障碍，NO会在人体内生成亚硝酸盐，与血液中的血红蛋白结合，引起组织缺氧，NO在空气中很快转化为NO2；NO2是酸雨的来源之一，毒害人体的呼吸系统，是引起光化学烟雾的重要原因之一[4]；N2O是重要的温室气体，其温室效应约是CO2的300倍[4-6]。
采用氨（NH3）为还原剂的选择性催化还原SCR 技术是降低重型柴油机NO x排放的重要手段，是满足重型柴油机国Ⅴ排放标准的主流技术[7-8]。
在该类SCR的使用过程中可能会引起NH3泄漏，人体吸入NH3会引起氨中毒，抑制中枢神经系统。
对此，我国在重型柴油机瞬态ETC排放测试循环中，规定NH3的排放平均值不超过25 ml·m−3 [9]。
关于柴油机主要含氮化合物的研究，通常认为NO x的主要组分为NO，其次为NO2，还有极少量的N2O等。
谭丕强等[1]研究了不同喷油提前角和不同转速下，负荷对NO2排放的影响，发现NO2/NO x 值随负荷的增加显著下降；唐韬等[10]研究了不同柴油机后处理系统N2O的生成特性，发现采用Cu沸石催化剂和Cu/Fe复合催化剂的SCR中，N2O生成量随温度的升高呈先增后减再增的趋势；Klimczak 等[11]的研究表明，NO在SCR中的氧化还原反应会产生N2O；Li等[12]研究了NO在以V2O5为催化剂的SCR中的氧化还原反应，发现N2O的生成量随温度的升高而增加。
从以上文献中可以看出，关于柴油机主要含氮化合物已经开展了一些研究，已有的公开文献中，柴油机加装SCR后的主要含氮化合物NO、NO2、N2O以及NH3排放特性的系统研究较少。
基于此点，本文在一台电控高压共轨重型柴油机上进行了试验，采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对柴油机主要含氮化合物NO、NO2、N2O 和NH3进行了研究，重点探索了该重型柴油机加装SCR前后排气中主要含氮化合物的排放特性。
1 试验装置及方案1.1试验装置本文研究对象是一台电控高压共轨重型柴油表1发动机的主要技术参数Table 1 Main specifications of test engineItems Parametersdisplacement 8.82L engine type in-line, 6 cylinders, 4 valves, inter-cooling turbochargerbore/stroke 114 mm/144 mmcompression ratio18:1rated power 184 kW (2200 r·min−1)max torque 1000 N·m (1400 r·min−1)机，其主要技术参数如表1所示。
本文图表中，未加装SCR后处理装置的裸机简称为原机，加装SCR后处理装置的柴油机简称为SCR。
使用的SCR主催化剂为V2O5-WO3/TiO2，V2O5-WO3/TiO2以其对NH3和NO x反应的高催化效率、抗SO2和H2O的优点在工业上得到了广泛的应用[13-15]，对它的深入研究具有典型的意义和价值。
SCR的主要技术参数如表2所示。
表2SCR的主要技术参数Table 2 Main specifications of SCRItems Parameterslength 660.4mm diameter 152.4mm operation temperature range 180—600℃spray range of urea pump 0—8000 ml·h−1V2O5 2%(mass) WO3 8%(mass) TiO2 90%(mass) 本试验采用A VL FTIR傅里叶变换红外光谱仪，对加装SCR前后柴油机的NO、NO2、N2O、NH3等排放进行测量。
FTIR红外光谱仪根据拉曼效应，利用干涉仪干涉调频，并根据干涉图和光谱图之间的对应关系，通过测量干涉图和对干涉图进行傅里叶变换来获得光谱图。
并与标准图谱进行对比，得到相应的原子团或原子团结合的信息，然后依照比尔定律，即可定量分析组分的浓度[16-17]。
本文所用的FTIR红外光谱仪，其对NO、NO2、N2O、NH3的测量精度依次为1.0、0.5、0.75、1.0 ml·m−3。
