柴油機(jī)冷、暖起動(dòng)工況的排放特點(diǎn)

長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后再啟動(dòng)會(huì)導(dǎo)致HC排放增多，而頻繁的熱啟動(dòng)會(huì)引起NOx排放的增多。此外，頻繁啟動(dòng)條件下，排氣溫度降低，后處理裝置可能因?yàn)榉磻?yīng)溫度不合適而導(dǎo)致一定程度的失效。波蘭BOSMAL汽車研發(fā)中心對(duì)一臺(tái)帶有催化轉(zhuǎn)化器的增壓柴油機(jī)進(jìn)行了冷、暖機(jī)起動(dòng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)冷機(jī)起動(dòng)工況下的 CO、HC 和 PM 排放明顯較高，起動(dòng)后的3min和30s期間，冷機(jī)起動(dòng)的 HC 和PM 排放量是暖機(jī)起動(dòng)的數(shù)倍，兩種工況下的 CO排放差距幾乎達(dá)到2個(gè)數(shù)量級(jí)。伯明翰大學(xué)在一臺(tái)帶有 EGR的共軌柴油機(jī)上進(jìn)行了常溫冷機(jī)起動(dòng)和水溫 90℃的暖機(jī)起動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)暖機(jī)起動(dòng)后的10s內(nèi)NOx排放累積量高于常溫冷機(jī)起動(dòng)工況，而常溫冷機(jī)起動(dòng)的 THC、聚集態(tài)和核態(tài)顆粒物排放遠(yuǎn)高于暖機(jī)起動(dòng)工況。同濟(jì)大學(xué)在一臺(tái)電控增壓共軌重型柴油機(jī)上進(jìn)行了冷機(jī)和熱機(jī)起動(dòng)工況測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)冷機(jī)起動(dòng)過(guò)程中粒徑小于 100nm 的顆粒數(shù)量遠(yuǎn)大于熱機(jī)起動(dòng)。因此柴油機(jī)冷機(jī)和暖機(jī)起動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的排放不容忽視。

常見(jiàn)的后處理措施

1.氧化催化器

柴油氧化催化器（diesel oxidation catalyst，DOC）一般用鉑 Pt 或鈀 Pd 作為活性成分，以金屬或陶瓷作為催化劑的載體，當(dāng)柴油機(jī)尾氣通過(guò)催化劑時(shí)，碳?xì)浠衔铮═HC）和一氧化碳（CO）等在較低的溫度下可以很快地與尾氣中的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成水和CO₂，達(dá)到凈化尾氣中 THC 和 CO 的目的。

2.顆粒捕集器

柴油機(jī)顆粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）可有效減少微粒排放（particulate matter，PM），它主要通過(guò)過(guò)濾等物理方法捕集排氣中的微粒。顆粒捕集器對(duì) PM 的過(guò)濾效率高達(dá) 90％。由于過(guò)濾下來(lái)的微粒不斷積存并逐漸堵塞過(guò)濾孔，使排氣背壓增加，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性惡化，因此必須及時(shí)除去 DPF 中的微粒，這個(gè)清除過(guò)程稱為再生。目前主要的 DPF 再生方法可分為兩類，即斷續(xù)加熱再生和連續(xù)催化再生。其中，加熱再生方式主要有電加熱和燃燒加熱。電加熱耗電過(guò)多，因此使用較為普遍的是燃燒加熱，即在DPF前設(shè)置燃燒器，噴入柴油（或其他燃料）和二次空氣進(jìn)行燃燒。連續(xù)催化再生技術(shù)中目前獲得廣泛產(chǎn)品化應(yīng)用的是由 JM 公司提出的連續(xù)再生捕集器。排氣首先經(jīng)過(guò)氧化催化器 DOC，在CO和THC被凈化的同時(shí)，NO 被氧化成NO₂。NO₂作為一種活性很強(qiáng)的氧化劑，可在隨后的微粒捕集器中與微粒在 200℃的低溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，將微粒氧化為二氧化碳。

3.選擇性催化還原裝置

選擇性催化還原裝置（selective catalytic re－duction，SCR）主要是將尿素與水以適當(dāng)比例混合，噴入廢氣中，在高溫條件（溫度不低于200℃）和催化劑的共同作用下，將廢氣中的 NOx還原為N₂和水。它的缺點(diǎn)是需要配備尿素和尿素箱，對(duì)反應(yīng)溫度有一定要求，并且尿素噴射量需精確控制，以避免大量氨氣泄漏，污染空氣。

柴油機(jī)國(guó)六技術(shù)路線對(duì)比

單一的后處理措施往往無(wú)法滿足現(xiàn)有的排放法規(guī)要求，為了改善柴油機(jī)冷、暖啟動(dòng)的排放性能，需要將多種后處理措施進(jìn)行集成處理。目前，國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商的主流國(guó)六技術(shù)路線為：冷卻EGR+DOC+DPF+SCR+（ASC），也有部分采用無(wú)EGR國(guó)六技術(shù)路線，即不使用外部冷卻 EGR，僅采用后處理系統(tǒng)中的高效SCR來(lái)使NOx排放達(dá)標(biāo)。下表所示為：不帶EGR與帶EGR柴油機(jī)國(guó)六技術(shù)路線對(duì)比。無(wú)EGR系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性好，NOx轉(zhuǎn)化效率高達(dá)90%，可靠性好，成本低，且冷卻系統(tǒng)相較于國(guó)五無(wú)需做太大的改動(dòng)。然而，其布置難度較大。帶有EGR的后處理系統(tǒng)布置難度較小，然而其燃油經(jīng)濟(jì)性一般，維護(hù)復(fù)雜且成本較高。

1.路線一：DOC+DPF+高效SCR（不帶EGR）

不帶EGR的后處理系統(tǒng)技術(shù)難度相對(duì)更大，對(duì)標(biāo)定精度要求更高且對(duì)后處理要求較高，需要和高效集成式（如DOC和DPF一體封裝技術(shù)）后處理系統(tǒng)配合。但由于減少了EGR相關(guān)組件，整體可靠性更高。從燃油經(jīng)濟(jì)性方面考慮，EGR為了抑制氮氧化物而降低空氣的燃燒溫度，燃燒放熱率降低，燃燒不完全程度增加，故不帶EGR的技術(shù)路線燃油經(jīng)濟(jì)性要不帶有EGR的燃油經(jīng)濟(jì)性好。下圖所示為路線一的實(shí)行方案。

2.路線二：EGR+DOC+DPF+SCR（帶EGR）路線

該后處理系統(tǒng)先是通過(guò)EGR降低原機(jī)的NOx排放，再通過(guò)DOC +DPF + SCR降低NOx和顆粒物排放。該路線燃油經(jīng)濟(jì)性相對(duì)于不帶EGR的系統(tǒng)較差，與高效SCR技術(shù)路線相比，該路線對(duì)SCR轉(zhuǎn)化率要求不高（90 -92 %），尿素消耗也較低，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)排放一致性要求也不高，因此與不同發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配具有廣泛性。

總結(jié)