wntc 学校： 烟台大学
贝雷梁 班级： 海 072-1
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学号；aoi测试
一百多年来，柴油机技术得以全面的发展，应用领域起来越广泛。大量研究成果表明，柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。柴油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域。柴油机的广泛应用也使得柴油机尾气排放已成为大气的重要污染源 。为了保护人类赖以生存的大气环境，维护人类健康，各国纷纷出台了各种环保法规。随着科技的日益进步，柴油机排放控制技术也得到
了不断的更新改进。目前柴油机的排放控制措施主要分为前处理和后处理两种方。后处理技术是柴油机净化技术的必要补充 ，机内处理技术是减少内燃机排放的前提条件， 燃料技术处理则开辟了一条排放控制的新途径。后处理技术主要针对已排出缸外的尾气，前处理技术主要针对柴油机的燃料、燃烧系、进气系统和喷油系统，包括了燃料预处理和机内处理措施 。
一、后处理技术
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。柴油机后处理的目标是进一步改善PM和NOX的排放，目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发NOX催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。 现在发展了许多DeNOx技术，比较流行的技术有稀NOx、选择性催化还原( SCR)、选择性物催化还原( SNCR) 、NOx吸附催化器、等离子体技术。 （一）对NOx的主要处理技术
（1）稀 NOx技术
稀NOx技术指用HC作为还原剂来减少NOx排放，根据HC的来源又分为被动稀NOx技术和主动稀 NOx技术。被动稀NOx技术是利用废气中的HC作为还原剂，主动稀NOx技术是指通过共轨燃油系统的后喷射来增加废气中的HC的量。但在柴油机中，还原NOx的过程是在富氧的条件下进行的，因此需要有效的还原剂，还原反应的效率取决于还原剂的种类和HC/ NOx 的比率，因此在稀NOx技术中，关键是提高 HC/ NOx的比率。研究结果还表明，用于作为HC吸附剂的催化剂可靠性不高，在主动技术系统中，采用后喷技术，增加了柴油机的燃油消耗率。对主动稀NOx系统进行研究，对装有不同催化剂的稀NOx系统在不同温度范围内的性能进行了优化，最后得到影响稀NOx系统性能的关键因素是反应温度和尾气在催化器中的流动速度及HC的种类，经过优化后的系统与没有优化的系统性能最大差异可以达到5倍左右。
（2）SCR和SNCR技术
SCR技术最初是用在发电厂和船舶上，到 1995年才首次应用于汽车的瞬态工况，该技术使汽车尾气中的 NOx 的还原率达60 %，在USFTP测试循环试验中甚至高达75 %，由此可见SCR是一种非常好的DeNOx技术。常用的是尿SCR技术基本的化学反应方程为：
殡仪馆焚化炉
尿素水解：
(NH2) 2CO + H2O --CO2 + 2NH3
NOx转换：
4NO + 4NH3 + O2--4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3==7N2 + 12H2O
经过优化后的SCR系统，无论是在瞬态工况还是在稳态工况下，都具有很好的排放性能，使用经过优化后的SCR系统的柴油车既具有高的燃油经济性，又具有很好的排放性能。除了SCR之外，还有一种用尿素作为还原剂的SNCR系统，在这种系统中，在合适的温度和时间范围内将尿素喷入气缸或排气管中，即使在没有催化剂的条件下，也能形成使NOx还原的物理、化学条件，其反应机理为：
尿素水解：
(NH2) 2CO + H2O--HNCO + 2NH3
SNCR反应开始：
NH3 + OH--NH2 + H2O
还原反应：
NH2 + NO--N2 + H2O
氧化反应：
NH2 + OH--NH + H2O
NH2 + H--NH + H2
NH2 + O2--HNO + OH
NH + O2--NO + OH
HNO + OH--NO + H2O
该系统受温度和喷入尿素的时间影响十分严重。在将 Urea喷入排气管的试验中，当反应温度低于600 ℃时，NOx基本上没有减少，但温度高于700 ℃时，大约有20 %的NOx还原，同时如果向废气中加入像HO这样的氧化物，NOx还原率可以高达到40 %;同样，在将尿素喷入气缸的实验中，SNCR系统在排气门附近才能获得比较好的性能，同时，由于在排气门打开时废气温度比较高，这时将会使部分尿素氧化，因此，不能将SCR系统和SNCR系统结合起来，因为Urea等还原剂根本没有机会到达SCR催化剂。研究结果还发现，N2O 的选择性相对比较高，而N2O是引起温室效应的一种气体，这样，要使SNCR系统应用于柴油机中，必须降低对N2O的选择性，弄清NO的生成机理。
(3) NOx吸附催化剂( NAC)技术
由于电控技术在汽车上的应用，由此产生了NAC技术。NAC技术就是指用能吸附NOx 的催化剂在富氧的条件下对NOx进行吸附反应，在缺氧的条件进行再生，缺氧条件的产生主要是通过燃油喷射系统的后喷实现。对汽油机而言，NAC技术是最有前途的降低NOx排放的技术。对于柴油机而言，由于在浓混合气的条件下容易产生黑烟，使得再生变得十分困难，通过适当地调节燃烧系统，可以将柴油机产生的黑烟降到允许的范围。通过对吸附和
再生过程的适当搭配，NAC技术在稳态工况下可以将90 %左右的NOx还原。要使NAC技术在瞬态工况获得很好的性能，需要增加复杂的控制系统，需要进一步的研究。影响 NAC技术应用于汽车的最关键因素是硫的容忍性，因为废气中的硫将会使催化剂中毒，影响再生过程。
(4) 等离子技术
等离子技术也是降低NOx排放的一种技术，等离子技术往往与催化剂技术联合使用，用等离子技术来提高催化还原反应的效率。John Hoard等结合SCR技术对等离子技术进行了实验研究，研究了等离子对于提高NOx转化的作用。实验中采用了两类装置：没有催化剂的等离子装置和装有催化剂的等离子装置，实验结果表明，单纯的等离子装置并不能降低 NOx排放，只能够转化一些可以被再转化成NOx的尾气成分。等离子可以产生十分丰富的产物，包括：CH2O，CH3O，CH3ONO2。由于等离子技术的机理十分复杂，现在还不是很清楚，需要进一步研究。低温等离子SCR技术系统中，通过等温等离子技术提高NO转化NOx的效率，同时又没有消耗SCR技术所需要的 HC，因此该系统大大地增强NOx的转化效率，同时也克服了单纯采用SCR技术的某些缺点。
（二） PM 降低技术的发展现状
柴油机的微粒主要由三部分组成，固态的未燃碳颗粒的聚合物(SOL) 、可溶性有机颗粒物( SOF)和无机盐。当前通过排气后处理来降低 PM 排放的技术主要有两种：微粒捕捉器和催化氧化器。
(1)微粒捕捉器
微粒捕捉器按机理主要分为两大类：过滤技术和非过滤技术。
1.过滤技术的机理主要分为四类：a.碰撞原理：柴油机排出的尾气流经微粒捕捉器时，由于捕捉器的设计使尾气在捕捉器中的流线不断地发生拐弯，这样，在拐弯处，惯性较大的微粒脱离流线，与捕捉器单元碰撞而吸附或沉积在捕捉器单元。b.截流原理：柴油机排出的尾气流经微粒捕捉器单元时，发生两种情况：一是直径大于过滤材料孔径的微粒被截流了下来;二是直径比过滤材料孔径小的微粒由于相互粘着和聚合成直径较大的颗粒被截流了下来。c.扩散原理：柴油机排出的尾气中的微粒由于气体分子的热运动而作布朗运动，颗粒越小，这种运动越明显，由于布朗运动造成了扩散效应，当尾气流经捕捉器单元时，
纤维状的捕捉器单元对微粒的运动起到了汇集的作用，造成微粒浓度梯度，引起微粒的扩散输运，从而可使微粒被捕捉。d.重力沉降原理：当缓慢运动的柴油机排出的尾气流经微粒捕捉器时，由于尾气逗留的时间比较长，较大的微粒可能由于重力作用而脱离原来的流线沉积在捕捉单元上。过滤体按材料和结构可分为以下几种型式：壁流式蜂窝陶瓷;泡沫陶瓷;金属丝网;陶瓷纤维。根据它们对微粒的捕捉机理的不同，前两种结构可归结为表面型微粒捕捉器，后面两种可归结为体积型微粒捕捉器。表面型微粒捕捉器中被捕集的微粒聚积在再过滤材料的表面上，它的过滤效果主要受材料中孔隙尺寸的影响，孔隙尺寸影响到过滤器的捕集效率、排气背压、热负荷和机械强度，是微粒捕捉器设计的一个重要的参数。体积型微粒捕捉器中被捕集的微粒聚积在过滤材料的体内，纤维材料和微粒之间的吸附力及微粒和微粒之间的凝聚力对提高微粒捕集的效率有重要的作用，这种过滤器的滤芯是由陶瓷或金属纤维制成的，其制作方法是保证捕集器具有较好性能的关键。
2.非过滤技术主要为等离子技术，其工作原理类似于静电除尘，柴油机尾气中的微粒在高压电晕放电场中荷电，并在电场的作用下移向电极并聚积，过一段时间后可用燃烧方法再生。刘圣华对该技术进行了深入的研究，研究结果表明，在中低负荷时，捕捉器效率高于 90 %，而在标定工况下，由于尾气在等离子捕捉器中的滞留时间短，捕捉器效率较低，
采用该技术主要是为了提高柴油机尾气在等离子捕捉器中的滞留时间。蔡丽红将电晕放电和等离子技术结合起来，设计了一种静电等离子体法消除柴油机尾气中微粒的装置，使用该装置，在中等负荷时能将柴油机尾气中的微粒降低 60 %以上。
碳海绵
3.过滤器的再生技术。微粒捕捉器当前面临的最大挑战就是再生技术问题，微粒捕捉器的再生可分为主动再生和被动再生两大类。主动再生是采用催化再生技术，其作用原理是利用催化剂来降低尾气中微粒的活化反应能，使微粒在较低的温度下燃烧，自然再生。被动再生是利用各种外部能源进行再生，主要技术有：喷油助燃技术;电加热再生技术;逆向喷气再生技术;微波再生技术。当前，最有发展前途的再生技术是微波再生技术。宁智开发了一套以微波能作为外部再生能源的汽车柴油机排气微粒后处理系统，经过大量的实验研究结果表明，微粒后处理系统采用的微波再生技术简单、可靠、有效，过滤体的再生效率达 80 %以上。同其它再生技术一样，微波再生技术的关键问题是使过滤体更迅速、更完全地燃烧，为了达到这个目的，必须向微粒提供充足的氧，贺宁探索了在再生过程中给过滤体供给空气，即“二次空气”，以获得更理想的再生效果，并对二次空气影响微波再生过程的规律进行了深入的研究，结果表明，采用无、小、中、大二次空气流量，再生时间分别为 780，390，360，330 s，得到的再生效率分别为90. 7 %，91. 4 %，97. 6 %;二次空气明
显地提高了再生效率，缩短了再生时间，而此空气流量越大，再生效率越高，再生时间越短。研究结果还表明，当二次空气流量超过一定的数值时，由于过滤体中微粒燃烧过于激烈，将会造成过滤体燃熔和炸裂，因此，在应用二次空气技术时，要根据柴油机的类型、过滤体的理化参数、过滤体的积炭量和微波功率等来选择最佳的二次空气流量。
（三）催化氧化器
催化氧化器是利用催化剂来降低柴油机尾气中的碳氢化合物、一氧化碳和 SOF等的化学反应活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应，转化为二氧化碳和水，其主要的反应如下：
2CO + O2--（催化剂）2CO2
HmCn + 2O2--（催化剂2Hm2O + CnO2
