5.柴油发动机尾气后处理技术

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。

217中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.01 （下）汽车行业的蓬勃发展使汽车尾气问题愈加严重，尤其是柴油发动机尾气排放物，如氮氧化物给人们的生命健康造成的威胁不断加大，同时，尾气排放还会造成大气污染，给人们的生产生活都带来了不良的影响。

因此，针对以上存在的这些问题，本文对柴油发动机尾气后处理技术开展了深入分析，其能够有效控制尾气排放量。

这一排放控制技术将会对柴油发动机尾气的处理等发挥重要意义。

柴油发动机尾气后处理技术原新涛（广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林 537000）摘要：我国经济高速发展带来的弊端主要是环境污染问题越来越严重，大气污染严重、空气质量下降等使得人们身体健康面临较大威胁，为了能够改善环境污染问题，提升空气质量等需要引起相关部门的重视，针对柴油发动机尾气的排放等制定严格标准和规范。

而尾气后处理技术的应用和推广后，不仅能够使柴油发动机尾气排放达到标准要求，还能够提升柴油发动机尾气排放的控制效果。

基于此，针对于当前该技术发展的情况，本文在对柴油发动机尾气后处理技术开展有效的分析后，对存在的故障或者故障排除的方法等进行探究，总结了当前柴油发动机尾气后处理技术的发展趋势。

关键词：柴油发动机；尾气排放后处理技术；尾气控制中图分类号：U464.172;X734.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）01（下）-0217-031 尾气后处理技术的相关概述汽车排放标准的不同主要与汽车生产注册的时间或者年限等有直接关系。

现阶段，我国汽车尾气排放标准在与欧洲等国家进行对比时，其内容较为相似。

而对于柴油发动机尾气排放而言，要想达到国家尾气排放标准，需要重视对氮氧化合物和颗粒的排放控制。

我国现阶段的排放标准与欧洲排放标准较为类似，并且欧Ⅳ～欧Ⅵ的排放标准要求呈现了温以及相关燃料数量具有十分密切的联系。

探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证汪晖(东风汽车有限公司商用车技术中心,湖北武汉430056)摘要:针对我国颁布的国IV 排放要求,介绍商用车柴油发动机的后处理技术中的SCR 技术和EGR+DPF 技术,探讨二者之间的性能差异,提出发动机SCR 后处理技术中的电气系统的验证项目,以达到提高排放性能、完善发动机控制系统控制策略的方法。

关键词:柴油发动机;尾气后处理;SCR;EGR;电气系统;验证中图分类号:U469.74文献标识码:B 文章编号:1003-8639(2013)03-0022-04修改稿收稿日期:2012-12-25作者简介:汪晖(1968-),女,高级工程师,负责东风商用车电气系统开发。

Discussion on Exhaust After⁃treatment Technology for Diesel Engine and Electrical System VerificationWANG Hui(Commercial Vehicle Technical Center,DONGFENG Motor Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)Abstract :According to the emission control regulations of National IV,the SCR and the EGR+DPF technologies in exhaust after⁃treatment for diesel engine on commercial vehicles are introduced here and the performance differences between them are discussed.The verification of electrical system in the SCR technology is set up so as to enhance emission performance and perfect the control strategy for engine control system.Key words :diesel engine;exhaust after⁃treatment;SCR;EGR;electrical system;verification我国目前已成为世界上汽车发展潜力巨大的国家,汽车需求不断增长,随着社会的发展,人们的环境保护意识也在不断提高,对汽车发动机的品质也提出了越来越高的要求。

SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究摘要：现阶段，大气污染问题越来越严重，尾气排放所带来的污染问题也成为了有关部门关注的焦点。

针对于柴油机的尾气排放，相关部门也出台了相关的政策法规进行规范和限制。

因此为了契合于国家规定的排放要求，必须要全面推广柴油机尾气后处理技术。

从当前技术发展与应用情况来看，选择性催化还原技术（SCR）是当前应用范围最广泛的尾气后处理技术。

这种处理技术的性价比非常高，能够对柴油机的排放进行精准控制，与传统的EGR技术相比有着明显的优势。

鉴于此，下文中将对该技术的具体应用进行详细介绍。

关键词：SCR技术；柴油机；尾气后处理引言现阶段，在社会经济发展水平不断提升的情况下，我国的汽车保有量持续上升，汽车市场也由此实现了飞速发展。

无论是在生产和日常生活中，汽车都为我们带来了极大的便利，在经济发展当中，汽车扮演着不可获取的重要角色。

但是在汽车全面普及的情况下，其尾气排放所带来的污染问题也是不容忽视的。

汽车尾气当中主要的污染气体为NOx以及其余一些燃烧不充分的气体，对于柴油发动机来说，在尾气排放处理上也是主要针对于NOx气体，通过相应的技术进行处理。

目前，SCR技术是柴油发动机尾气后处理应用非常广泛的一种技术，下文中笔者将对该技术进行详细的分析与论述。

一、EGR技术概述在SCR技术没有全面普及之前，柴油机尾气排放处理技术主要使用的是EGR技术。

EGR技术同样是减少尾气当中NOx的排放，其主要原因就在于废气当中的二氧化碳。

发动机当中排出来的废气在进气管中和其他气体进行混合，之后进入到气缸当中进行燃烧。

由于废气当中的二氧化碳成分无法完全燃烧，降低了氧气在混合气体当中的占比，进而减少NOx的生成。

EGR 技术的核心在于让废气再次参与燃烧以减少NOx的生成，但是废气与燃料的混合会导致燃料气体的成分发生改变，进而增加了很多不确定因素，影响发动机的正常工作。

随着技术的不断发展与进步，EGR技术开始逐渐被淘汰，更先进的SCR技术成为了柴油机尾气后排放的主要应用技术。

柴油发动机尾气后处理技术的运用研究摘要：近年来，我国经济迅速发展，但与此同时，我国也面临着严重的环境污染问题，这是最严重的问题。

为了解决一系列环境问题，主要是因为内燃机排放量低于标准，政府制定了内燃机排放标准和减少污染。

为此，有关技术人员必须对柴油机进行改造，使其排气符合排放标准。

本文件主要分析了SCR技术在柴油机废气处理方面的现状并分析了未来的趋势。

关键词：柴油发动机；排放；控制技术随着社会的发展和对生产力的需求的增加，柴油发动机已成为越来越受欢迎的重要生产和运输来源。

合理利用柴油发动机运行过程中产生的废气是人类和环境安全的责任这是一个重要的改进柴油机本身。

随着相关标准的提高现有的EGR技术不再符合相关的排放要求SCR技术的传播和应用是科学发展的正确步骤。

1、相关概述SCR基本原则。

这一技术主要用于加热和再生时注射和修复尿素，从而能够处理物质，因此，由于加热，氮氧化物的排放转化为氮和水，以便最终达到既定的排放标准。

该系统包括尿素水箱、各种测量仪器、喷雾器和相关的传感器。

按照排气后工作原则，先将烟道混合，然后再配尿素，喷雾器将尿素溶液喷淋，然后尿素会在高温下分解成氨，然后在催化剂中还原为氮氧化物最后是氮，大量的氨，自然，将转换为氮。

防止泄漏。

这一技术的主要优点是它不会对硫磺敏感，特别是100升。

然后，它的尾矿处理需要5升尿素在水溶液。

该系统主要通过电池满足其基本的电力需求，只有在有电的情况下才能加热；然后，相应的阀门取代空气，以确保气体的化学反应具有一定的空间和时间。

在这一系统中，污染物的排放可减少到最低限度，因此，技术人员应当能够根据系统的基本运行目标和要求合理地操作该系统。

为了明确界定该系统的运作原则，必须提高其运作效率，为了确保符合目前的排放标准。

然而，目前这一技术主要适用于长途卡车，这些内燃机本身费用相对较高，需要大量的安装设施因此难以在某些内燃机上使用。

今后需要简化和整合其设备以确保其在各种运输工具上的使用。

柴油机排气后处理技术进入二十世纪九十年代以来，能源危机和环境污染两大问题，严重危害人类社会的可持续发展，日益受到各国政府和民间的重视。

随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，对能源和环境的压力日益加剧，新的排放法规的要求日趋严格，研究开发低排放、低油耗的汽车新技术势在必行[1]。

柴油机作为一种高效节能的动力机械，在军车动力中占据这越来越重要的地位。

为了保持柴油机卓越的燃油经济性，同时又能满足越来越严格的排放法规要求，电控燃油喷射、可变截面涡轮增压器和废气再循环、排气后处理等技术被相继采用，并逐渐成为先进柴油机的通用技术标准。

然而，随着排放法规的日益严格，机内净化技术实现起来已经愈有难度且成本较高，排气后处理技术成为了减少尾气污染的重要手段。

本文章主要介绍柴油机主要污染物生成机理，柴油机排气后处理技术的相关情况。

一柴油机排放主要污染物生成机理柴油机排放的主要污染物有：NO x、微粒。

1.NOx的生成机理感兴趣的氮氧化物是指NO，N2O（燃气轮机）和NO2，其中常见的是NO和NO2，它们统称为NOx。

在燃烧后的排气过程中，更加稳定的NO几乎总是超过其它氮氧化物占主要地位。

NO的生成途径以确定有两种：1.高温途径即在已燃区产生的NO称为热NO；2.瞬发途径。

即在火焰区产生的NO称为瞬发NO；氮氧化合物是在燃烧过程中由燃烧空气中的氮或来自化石燃料中的含氮有机物（主要是在重油和煤中）生成的。

若NOx排放受到热力学平衡约束条件控制的话，则氮氧化物的浓度在排气温度下将小于1×10-6。

当燃烧产物的温度下降，NOx浓度开始降低，但在火焰温度下，供NOx分解的时间在通常的燃烧设备中都太短，难以达到平衡状态，以及氮氧化合物在数十到数千（与燃烧的情况有关）10-6的浓度下被激冷。

这样，NOx生成和分解的化学过程是由化学动力学而不是热力学控制的。

NO和NO2浓度是彼此被另一个快速活性基反应连系在一起的：NO2和O，H和OH反应生成NO，而NO和HO2反应生成NO2。

当下常用柴油机后处理技术:1 SCR （Selective Catalytic Reduction选择性催化还原技术）1.1NH 3- SCR 1.1.1 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 （NH 2）27加热T NH 3+ HNCO第二步：水解反应HNCO+H 2O T 催化剂 T NH 3+CO 2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4NH 3+4NO+O 2T 4N 2+6H 2O 4NH 3+2NO+2NO 2T 4N 2+6H 2O 8NH 3+6NO 2T 7N 2+12H 2O 1.1.2 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、 相应液力管路和电气线束构成，如下图所示。

廉倉我力和置 ------- 通讯信号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SCR 催化器及I ------ 1 --------- 5砸嚥iiB 度传感猛J上游 卜游--------------尿素在废气温度为160 C左右时，开始发生热解反应产生异氰酸（HNCO）和一部分氨气。

满足国Ⅳ标准的柴油机尾气后处理技术及应用四川大学四川中自尾气净化有限公司陈耀强内容一、柴油机尾气的特征及后处理的难度二、Urea-SCR三、DOC四、DPF和POC五、值得注意的几个问题六、醇类燃料（含氧燃料）车尾气净化七、催化剂性能和耐久性的实验室评价一、柴油机尾气的特征及后处理的难度1、尾气的危害和净化前景•汽车尾气：HC，CO，NOx和颗粒物（PM）等污染物，经大气中的光化学反应后，还将产生地表臭氧）和过氧化物；（O3）和过氧化物为致癌物质；•PM 、地表臭氧（O3•CO，NOx和HC为致病物质，严重危害人类的健康和生态环境。

•汽车尾气对人类造成疾病和死亡，特别造成大量人的早死（2007年我国34万人因尾气污染而死亡）.•汽车尾气净化催化剂是一个发展迅速，成就卓著，对环境保护作用巨大，经济效益和社会效益显著的催化领域•1960s uncontrolled emissions40–60 g CO/km2000 Euro III 2.3 g CO/km减少94–96%2005 Euro IV 1g CO/km减少97–98%随后实施Euro V，Euro VI 和零排放标准最终消除尾气污染尾气净化催化剂的特征：•汽车尾气净化催化剂属科学和技术密集型产品国际：27000多项专利，近40000多篇论文。

•技术来源于对基础科学规律的掌握，是科学技术发展的必由之路。

•没有高水平的基础研究是不会产生出具有竞争力机动车尾气净化催化剂技术。

•上述特征决定了世界范围内只有少数几家公司能掌握和发展尾气净化催化剂的技术。

2、柴油车尾气特征和净化的难度（1）四种需要处理的污染物，HC，CO，NOx和PM 。

（2）还原剂HC和CO偏少，既不利于NOx的还原，又不利于尾气温度的提升，还原NOx还需另加还原剂。

（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。

（4）氧过量，6－15％，NOx还原困难。

柴油机尾气后处理系统故障诊断与完善措施摘要：柴油燃烧可以为汽车提供强大的动力，同时化学反应还将导致废气中含有氮氧化物和碳氧化物，如一氧化氮和一氧化碳，对大气和人类健康有害。

因此，只有将有害气体过滤并处理成无害的绿色气体，即氮、二氧化碳和水蒸气，我们才能安全地排放汽车尾气。

基于此，本文从柴油机排气后处理系统的原理、优点及存在的问题等方面提出了一些建议和消除方法，并对未来汽车排气后处理的前景和希望进行了展望。

关键词：柴油机；尾气后处理；故障诊断前言为应对全球变暖而提出的可持续发展战略中明确强调了对二氧化碳排放的控制，并从汽车使用等方面得到了改进。

在减少汽车使用的同时，也要从源头上进行控制，也就是说，应对汽车排放的尾气进行处理，应更多地关注柴油车尾气处理。

目前，各种柴油车尾气后处理技术已被提出并处于研发阶段，包括氧化催化、颗粒物过滤、氮化物催化还原等技术，有望投入实际应用。

1柴油机排气后处理系统工作原理目前，柴油机尾气后处理系统主要有两种。

其中一项更先进的技术是SCR尾气后处理系统，即使用简单的尿素溶液选择性氧化尾气中的氮化物，将一氧化氮和二氧化氮转化为氮和水，并排放到空气中。

相比之下，SCR系统的工作原理更简单、更清晰。

只需在发动机设备下方增加一套尿素还原设备，减少尾气，使车辆排放更多绿色低污染尾气。

在SCR尾气后处理系统中，尿素罐用于储存和提供尿素，其上的液位和温度传感器实时监测尿素，为尾气后处理系统的故障预防提供保障。

因为尿素是提供NOx转化的反应催化剂，一旦温度过低，尿素溶液就会冻结，或者温度过高也会导致系统故障，尿素罐的加热一般通过发动机冷却液来实现。

尿素泵工作时，内部电动泵将尿素罐中的溶液和空气压缩混合到喷射管路中。

SCR尾气后处理系统中的催化转化器在系统中起着重要的核心单元作用，它不仅具有尾气催化转化的功能，还具有降低噪声和消除噪声的功能。

尾气后处理系统由排气温度传感器、压差传感器、空气滤清器等组成。

柴油发动机尾气后处理技术（SCR）的应用林晓周（华南理工大学机械与汽车工程学院11级车辆1班201130080454）摘要：随着柴油机排放法规的日益严格，后处理技术是满足欧IV及以上排放法规必须采用的技术措施。

2010年之后，国家计划三年内实施柴油车国Ⅳ标准，这对EGR技术提出了极大挑战。

EGR技术难以适应柴油车更加严格的排放要求，而SCR则能满足国Ⅳ及国Ⅴ排放标准，因此SCR技术成为了市场发展主流。

SCR 技术被称为目前比较流行和广泛的机外柴油机排放控制技术。

全称叫选择性催化还原技术，其转化器具有很强的选择性，主要是针对NOx的排放控制，其还原系统的还原剂可用各种氨类物质或者各种HC。

关键词：SCR、尾气后处理技术、柴油机、NOx1.EGR与SCR之争为了满足欧Ⅳ～欧Ⅵ排放法规，欧美中重型商用车及柴油机企业在尾气后处理方面，主要采用了两条排放控制技术路线。

其一是“优化燃烧+SCR”技术路线，简称SCR路线。

其基本工作原理是通过优化柴油发动机缸内燃烧过程，使燃烧废气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）及颗粒（PM）等排放物得到有效控制并达到法规要求，最后对发动机排出尾气中含量较高的氦氧化物通过专门的车载后处理系统进行技术处理，以满足法规要求。

这一技术路线目前在欧洲占主流，欧洲长途载货车几乎全部采用这一方案。

其二是“EGR＋DOC/DPF/POC（废气再循环＋柴油氧化催化器/柴油颗粒过滤器/颗粒氧化催化器）”技术路线。

其中以“EGR＋DPF”应用最广泛，简称EGR路线。

EGR（废气再循环）技术，是将柴油机排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气融合后进入气缸参与燃烧。

少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOx是在高温富氧的条件下生成的，故对NOx进行了抑制，从而降低了废气中NOx的含量。

这一技术路线在北美市场占主流。

SCR技术是目前世界各国特别是欧盟各国普遍采用的控制柴油车尾气排放的一项成熟技术。