第四章柴油機(jī)廢氣凈化及后處理

1、4.5 柴油機(jī)廢氣凈化及后處理技術(shù)v4.5.1 柴油機(jī)廢氣有害排放物的生成機(jī)理與影響因素v4.5.2 柴油機(jī)廢氣機(jī)內(nèi)凈化措施v4.5.3 柴油機(jī)廢氣后處理技術(shù)4.5.1 柴油機(jī)廢氣有害排放物的生成機(jī)理與影響因素v柴油機(jī)HC生成機(jī)理與影響因素；v柴油機(jī)CO生成機(jī)理與影響因素；v柴油機(jī)NOx生成機(jī)理與影響因素；v柴油機(jī)排煙與微粒的生成機(jī)理與影響因素。柴油機(jī)HC生成機(jī)理與影響因素v由于柴油機(jī)的工作原理是噴油壓燃，燃油停留在燃燒室中的時間比汽油機(jī)短的多，因而受壁面冷激效應(yīng)、狹隙效應(yīng)、油膜、沉積物吸附作用很小，這是柴油機(jī)HC排放較低的原因。v柴油機(jī)未燃HC的排放主要來自柴油噴注的外緣混合過渡造成的過稀混

2、合氣區(qū)，結(jié)果造成柴油機(jī)怠速或小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時HC排放高于全負(fù)荷工況，如右圖。v柴油機(jī)火焰在壁面上的淬熄也是柴油機(jī)HC排放的來源。壓力室容積對柴油機(jī)HC排放的影響v在噴油結(jié)束時，壓力室容積中仍充滿柴油。在燃燒后期和膨脹初期，這部分被加熱的柴油部分汽化，并以液態(tài)或氣態(tài)低速穿過噴嘴孔進(jìn)入氣缸，緩慢與空氣混合，從而錯過了主燃燒期。研究證明，壓力室殘余柴油大概有1/5以未燃HC的形式排出。柴油機(jī)CO生成機(jī)理與影響因素vCO的濃度在柴油機(jī)排氣中中一般都很低。只有在接近冒煙極限時，才急劇增加。盡管在柴油機(jī)中有局部的缺氧區(qū)，但平均過量空氣系數(shù)大于1，氣缸內(nèi)有足夠的空氣對已經(jīng)形成的CO進(jìn)行氧化。v小負(fù)荷時，燃?xì)鉁囟?/p>

3、低而且氧化反應(yīng)少，造成CO排放高。柴油機(jī)NOx生成機(jī)理與影響因素v影響柴油機(jī)NOx生成的主要因素有：進(jìn)氣濕度；進(jìn)氣溫度；進(jìn)氣壓力；發(fā)動機(jī)負(fù)荷；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。進(jìn)氣濕度對柴油機(jī)NOx的影響v無論在直噴式還是分隔式柴油機(jī)，進(jìn)氣濕度對柴油機(jī)NOx的影響很大。NOx隨濕度的增加而減少，因?yàn)樗纸档土瞬裼蜋C(jī)的最高燃燒溫度，對NOx的生成起到抑止作用。進(jìn)氣溫度對柴油機(jī)NO的影響v當(dāng)燃空比一定時，進(jìn)氣溫度上升，NO增加，功率有所降低。主要是由于壓縮溫度升高而引起局部溫度升高的緣故。v在高增壓發(fā)動機(jī)中必須采用中冷器，以使進(jìn)氣溫度盡可能低，這對凈化也是必要的。進(jìn)氣壓力對柴油機(jī)NOx的影響v進(jìn)氣壓力提高，NO減少，并

4、使功率增加。因?yàn)檫M(jìn)氣壓力提高，供油量一定，相當(dāng)于降低了燃空比，限值了NO的生成。v當(dāng)進(jìn)氣濕度、壓力提高，溫度降低時，能有效降低NO排放。據(jù)此提出進(jìn)氣管噴水，增壓中冷等凈化措施。柴油機(jī)負(fù)荷（燃空比）對NOx的影響v柴油機(jī)負(fù)荷增加，供油量增加即燃空比增加。v隨燃空比增加，NOx濃度也增加，到達(dá)最大值后，再增加燃空比，NO反而下降。v在燃空比小的稀混合氣中，NO主要取決于溫度，當(dāng)燃空比隨負(fù)荷增加時使溫度上升，NO濃度上升。在燃空比小的濃混合氣中，即使溫度再升高，NO濃度主要取決于氧的濃度，因此當(dāng)燃空比再增加時，由于氧濃度減小而NO濃度下降。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速對NOx的影響v分隔式燃燒室在高速時，NO濃度有所

5、升高，直噴式在中速時達(dá)到最大值。v右下圖為柴油機(jī)NO的等排放特性曲線，根據(jù)特性曲線可以選擇排污少、功率損失較少的工況作為發(fā)動機(jī)的常用工況。柴油機(jī)排煙的生成機(jī)理與影響因素v柴油機(jī)排煙可分為：白煙、藍(lán)煙（青煙）和黑煙三種。v不同的煙色形成的原因不同，有的研究認(rèn)為起決定作用的是溫度：在250以下形成煙通常是白煙，從250 到著火溫度形成的是藍(lán)煙，黑煙只在著火后才出現(xiàn)。v白煙通常在低溫起動后不久及怠速工況時發(fā)生。此時，氣缸溫度較低，著火不好，未經(jīng)燃燒的燃料和潤滑油以液滴的狀態(tài)，直徑在1.3m左右，隨廢氣排出形成白煙。當(dāng)氣缸磨損加大，竄氣、竄油時，白煙增多。v正常的發(fā)動機(jī)在暖車后，一般就不再形成白煙。改

6、善起動性可減少白煙。柴油機(jī)藍(lán)煙生成的機(jī)理與影響因素v柴油機(jī)藍(lán)煙通常在柴油機(jī)尚未完全預(yù)熱或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)生。此時，燃燒溫度較低，約600以下，燃料著火性能不好，部分燃料和竄入燃燒室的潤滑油未能完全燃燒，其中大部分是已經(jīng)蒸發(fā)的油，再凝結(jié)呈微粒狀態(tài)，直徑比白煙小，在0.4 m以下，隨廢氣排出而成藍(lán)煙。這種煙的藍(lán)色是此種大小微粒由藍(lán)色光折射而成的。排出藍(lán)煙時，同時有燃燒不完全的中間產(chǎn)物（如甲醛等）排出，因而藍(lán)煙常帶有刺激性臭味。v減少藍(lán)煙的方法： 提高燃燒室和室內(nèi)空氣溫度， 減少室內(nèi)空氣運(yùn)動，以免燃料很快被吹散形成過稀混合氣， 減小燃油噴注貫穿度，避免與冷壁面相碰； 進(jìn)氣加熱。 但上述部分措施與減少黑

7、煙是矛盾的。 催化轉(zhuǎn)化柴油機(jī)藍(lán)煙控制的措施柴油機(jī)藍(lán)煙控制的措施102030405060708090020040060080010001200140016001800 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 60 1000r/min-8Nm 1500r/min-8Nm 2000r/min-6Nm 1000r/min-20Nm 1500r/min-20Nm 2000r/min-30Nm 1000r/min-40Nm 1500r/min-40Nm 2000r/min-40NmHC(ppm)冷卻水 溫度（）采用進(jìn)氣加熱時采用進(jìn)氣加熱時HC排放濃度及排放總量比較排放濃度及排放總量比較102030405060708

8、0900123456789 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 60 1000r/min-8Nm 1500r/min-8Nm 2000r/min-6Nm 1000r/min-20Nm 1500r/min-20Nm 2000r/min-30Nm 1000r/min-40Nm 1500r/min-40Nm 2000r/min-40NmHC排 放 總量 ( g )冷卻水 溫度（）柴油機(jī)藍(lán)煙排放控制的措施柴油機(jī)藍(lán)煙排放控制的措施1020304050607080900100200300400500600 2000r/min-6Nm 原 機(jī) 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 60 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 50

9、 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 40 HC(ppm)冷卻水 溫度（）203040506070800.00.51.01.52.02.53.0 2000r/min-6Nm 原 機(jī) 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 60 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 50 進(jìn) 氣 加熱 至 水 溫 為 40 HC排 放 總量 ( g )冷卻水 溫度（）2000r/min6Nm工況，工況，進(jìn)氣加熱停止時刻不同時進(jìn)氣加熱停止時刻不同時HC排放濃度及排放總量比較排放濃度及排放總量比較柴油機(jī)藍(lán)煙排放控制的措施柴油機(jī)藍(lán)煙排放控制的措施2000r/min6Nm工況不同噴油量工況不同噴油量情況下柴油機(jī)的煙度排放比較情況下柴油機(jī)的煙度

10、排放比較10203040506070809001020304050 2000r/min-6Nm 原機(jī) 進(jìn)氣加熱至水溫為5 0 ，噴油量為14m l / m i n 進(jìn)氣加熱至水溫為5 0 ，噴油量為13m l / m i n 進(jìn)氣加熱至水溫為5 0 ，噴油量為9.5 m l / m i n 進(jìn)氣加熱至水溫為5 0 ，噴油量為8.2 5 m l / m i n 進(jìn)氣加熱至水溫為5 0 ，噴油量為6.2 5 m l / m i n煙 度 (% )冷卻水 溫度（）1020304050607080900.000.050.100.150.200.250.30 2000r/min-6Nm 進(jìn)氣加熱至水溫為

11、5 0 ，噴油量為8.2 5 m l / m i n 使用前 使用后CO(%)冷卻水 溫度（）采用降低柴油機(jī)藍(lán)煙排放的控制方案后，使用氧化催化采用降低柴油機(jī)藍(lán)煙排放的控制方案后，使用氧化催化轉(zhuǎn)化器前后柴油機(jī)的轉(zhuǎn)化器前后柴油機(jī)的CO排放濃度和排放濃度和HC排放濃度比較排放濃度比較102030405060708090050100150200250300350400 2000r/min-6Nm 進(jìn)氣加熱至水溫為5 0 ，噴油量為8.2 5 m l / m i n 使用前 使用后HC(%)冷卻水 溫度（）柴油機(jī)黑煙（碳煙）生成的機(jī)理與影響因素v柴油機(jī)微粒的新概念（美國環(huán)境保護(hù)局EPA規(guī)定的稀釋質(zhì)量法）

12、：柴油機(jī)排氣經(jīng)過稀釋后，在低于51.7時，通過帶有聚四氟乙烯樹脂過濾紙時，被濾紙所濾下來的物質(zhì)。v微粒包括：以碳元素為主的碳煙，未氧化或未完全氧化的的碳?xì)浠衔铩⒘蛩猁}以及與硫酸鹽結(jié)合的水和其他雜質(zhì)。v高負(fù)荷時碳煙是柴油機(jī)微粒中的主要成分；低負(fù)荷時微粒中以碳?xì)浠衔餅橹?。v炭煙生成歷程：燃燒初期大量裂解產(chǎn)生，燃燒后期大部分氧化消除。柴油機(jī)碳煙的生成機(jī)理與影響因素v碳煙產(chǎn)生的條件是高溫和缺氧見右圖。由于柴油機(jī)混合氣極不均勻，盡管柴油機(jī)總體上是富氧燃燒，但局部的缺氧還是導(dǎo)致了碳煙的生成。v右下圖為碳煙的生成過程：燃油中的烴分子在高溫缺氧的環(huán)境下熱裂解，形成部分乙烯和聚乙烯；它們在不斷脫氫后聚合成以

13、碳為主的，直徑2nm左右的碳煙核心；氣體中的烴在這個核心表面的凝聚，以及碳煙核心之間的凝聚，使得核心的表面增大，成為直徑2030nm左右的碳煙基元。至此碳煙的質(zhì)量已基本確定，最后碳煙基元堆積成直徑1m以下的微粒。碳煙形成的數(shù)量與溫度及過量空氣系數(shù)的關(guān)系v碳煙形成的數(shù)量隨著過量空氣系數(shù)的降低而增加。溫度對碳煙形成數(shù)量的影響，在16001700K之間達(dá)到最大值。壓力對碳煙形成的溫度和過量空氣系數(shù)條件影響很小，但對碳煙形成的數(shù)量影響很大。隨著壓力的增加，碳煙形成的數(shù)量增加。v柴油機(jī)的CO和HC的排放低于帶有三效催化轉(zhuǎn)換器和過量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（閉環(huán)控制）的現(xiàn)代汽油機(jī)。v柴油機(jī)的排氣污染物主要是NOx和微

14、粒。柴油機(jī)微粒和NOx生成與過量空氣系數(shù)的關(guān)系v過量空氣系數(shù)小于0.5的混合氣，經(jīng)過燃燒以后必定生成碳煙。v若要使燃燒后碳煙和NOx排放都很少，混合氣濃度應(yīng)控制在0.60.9?？諝饬窟^大則NOx排放增加；空氣量過小則碳煙排放增加。v柴油機(jī)排氣中，微粒和NOx排放規(guī)律不同，并且具有互相矛盾的變化趨勢（剪刀差）。柴油機(jī)不同燃燒階段對碳煙生成的影響v柴油機(jī)混合氣在預(yù)混和燃燒階段的狀態(tài)變化見右圖a箭頭方向。為降低柴油機(jī)污染物排放應(yīng)縮短滯燃期和滯燃期內(nèi)噴入的燃油量，使盡可能多的混合氣a控制在0.60.9。v擴(kuò)散燃燒階段混合氣狀態(tài)見右圖b箭頭方向。噴入a 4.0的混合氣區(qū)的燃油都會生成碳煙。為防止擴(kuò)散燃燒

15、中生成碳煙，應(yīng)避免燃油與高溫缺氧的混合氣混合。強(qiáng)烈的氣流運(yùn)動及高壓噴射有助于燃油與空氣的混合。柴油機(jī)過后噴射對碳煙生成的影響v柴油機(jī)由于噴油系統(tǒng)尤其是傳統(tǒng)泵管嘴系統(tǒng)中由于燃油壓力波的作用、噴油嘴壓力室容積等影響，在噴油結(jié)束出油閥落座后，仍有一部分燃油流出形成過后噴射，由于此時的溫度仍然很高，由于噴射壓力不高，大多燃油噴到燃燒區(qū)的缺氧處，導(dǎo)致大量碳煙的生成。v柴油機(jī)的過后噴射對CO和HC的排放也是不利的，因而是竭力避免的。4.5.2 柴油機(jī)廢氣機(jī)內(nèi)凈化措施v燃燒系統(tǒng);v電子控制；v供油系統(tǒng)v進(jìn)氣系統(tǒng)v廢氣再循環(huán)（EGR）v冷啟動藍(lán)煙的消除；v新型燃燒方式進(jìn)展。注注.柴油機(jī)電子控制、供油系統(tǒng)、進(jìn)氣

16、系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)、冷起動藍(lán)煙消除以柴油機(jī)電子控制、供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)、冷起動藍(lán)煙消除以及新型燃燒方式在前面章節(jié)中已講過，在此故不贅述。及新型燃燒方式在前面章節(jié)中已講過，在此故不贅述。降低柴油機(jī)排放的主要措施柴油機(jī)不同燃燒系統(tǒng)排放特點(diǎn)v分隔式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)：混合速度快；溫度、燃油濃度、空氣濃度分區(qū)，總體有害排放較少。v直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)：燃燒室緊湊，燃油易撞壁，混合氣形成時間短；空氣的過量系數(shù)高；燃油易于裂解。 NOx、未燃HC、炭煙的排放相對較多。間接噴射柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)間接噴射柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)v間接噴射柴油機(jī)廢氣排放特點(diǎn)： 渦流室式：強(qiáng)渦流助燃、二次混合、氧濃度分區(qū)NO

17、x、PM低 預(yù)燃室式：強(qiáng)紊流助燃、二次混合、氧濃度分區(qū)NOx、PM低 v間接噴射柴油機(jī)的碳煙主要形成在副燃燒室：副燃燒室里形成的碳煙進(jìn)入主燃燒室以后大部分被氧化，但低負(fù)荷時，由于主燃燒室溫度較低，碳煙氧化速度慢，導(dǎo)致生成大量碳煙。降低間接噴射柴油機(jī)排氣污染物的重點(diǎn)也在副燃燒室。v主要考慮因素：燃燒室的形狀和主副燃燒室之間的容積比；預(yù)熱塞的位置。主副燃燒室容積比對柴油機(jī)排放的影響及改進(jìn)方案主副燃燒室容積比對柴油機(jī)排放的影響及改進(jìn)方案v渦流室柴油機(jī)副燃燒室容積增大，副燃燒室內(nèi)空氣量增加，可減少碳煙的形成，但NOx增加。綜合考慮碳煙和NOx排放，副燃燒室與主燃燒室的容積比選在1.071.15。v預(yù)燃

18、室柴油機(jī)的預(yù)燃室體積過大，會降低預(yù)燃室中燃?xì)獾哪芰浚绊戭A(yù)燃室中不完全燃燒的燃?xì)夂椭魅紵业目諝饣旌?，因而預(yù)燃室內(nèi)柴油機(jī)預(yù)燃室體積只有主燃燒室的3540%。改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)減少余隙容積v通過改進(jìn)燃燒室減少余隙容積，減少燃燒死區(qū)對降低柴油機(jī)HC以及CO和碳煙排放都會起到積極的作用。v下圖是將第一道氣環(huán)上移的高位活塞環(huán)對柴油機(jī)微粒排放的影響。預(yù)熱塞安裝位置的優(yōu)化v副燃燒室內(nèi)預(yù)熱塞或電熱塞對氣流的干擾應(yīng)盡量小，盡量消除氣流的流動死區(qū)。下圖B預(yù)熱塞的位置減少了氣流死區(qū)，減少 了碳煙生成，使得平均有效壓力的提高稱為可能。減小預(yù)熱塞體積對柴油機(jī)排放的影響v減小預(yù)熱塞體積同樣可以減小副燃燒室內(nèi)的氣流死區(qū)，降低

19、間接噴射式柴油機(jī)的碳煙排放。v減小預(yù)熱塞加熱頭的直徑（從6mm減到3.5mm），可使燃油消耗率下降510g/kW.h，全負(fù)荷煙度下降0.51BSU。降低直噴式柴油機(jī)排放的措施v直噴式柴油機(jī)由于流動損失和散熱損失較小，具有較高的熱效率。近年來，在轎車柴油機(jī)得到廣泛應(yīng)用。v對高速直噴式柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒的要求：滯燃期內(nèi)，噴入氣缸的燃油盡可能少，以免預(yù)混燃燒過多，使壓力升高率增大，控制噪聲。燃燒前期，噴入的燃油量要適當(dāng)，以控制碳煙和NOx的生成以及過高的燃燒噪聲。燃燒后期即擴(kuò)散燃燒階段，噴入的燃油很好與空氣混合以減少碳煙生成，這就需要很高的噴射壓力。燃油噴射結(jié)束后，剩余的空氣和燃?xì)馊阅軓?qiáng)烈混合

20、，以促使碳煙的氧化。無渦流或低渦流降低排放對直噴式柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的要求v提高噴油壓力，從100MPa提高到150MPa甚至200MPa，特別是低轉(zhuǎn)速時的噴射壓力要保證；v增加噴油器的噴孔數(shù)，減小噴孔直徑。前者對燃油分布均勻性很關(guān)鍵，而后者則可以減少燃油碰壁的數(shù)量；v可控的燃油噴射率變化歷程，如靴型噴射（先緩后急）、二次噴射（預(yù)噴射加主噴射）；v根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時。柴油機(jī)排放與噴射壓力的關(guān)系v提高燃油噴射壓力，有助于著火后噴入氣缸的燃油和空氣的混合，降低擴(kuò)散燃燒階段碳煙的形成。增加噴孔數(shù)優(yōu)化混合氣的形成v加速擴(kuò)散階段油束與空氣的混合，也可以提高增加噴油器噴孔數(shù)來實(shí)現(xiàn)。v但過多的噴孔由于貫

21、串力不足和油束干擾而影響效果，噴孔的多少應(yīng)根據(jù)具體柴油機(jī)而定。提高噴射壓力與增加噴孔數(shù)的配合v單純增加噴孔數(shù)使油束貫穿度降低，可以提高噴射壓力來彌補(bǔ)。此時可降低進(jìn)氣渦流，減少節(jié)流損失，在同樣NOx排放的條件下，碳煙排放和燃油消耗都進(jìn)一步降低。v重型車用柴油機(jī)的燃燒系統(tǒng)發(fā)展趨勢：敞口燃燒室；高噴射壓力；增加噴孔數(shù)；降低進(jìn)氣渦流。改變噴油定時對碳煙排放的影響v直接噴射柴油機(jī)，當(dāng)其他參數(shù)不變，加大噴油提前角會造成更高的燃油在著火前噴入氣缸，加快燃燒并較早結(jié)束燃燒過程，有利于碳煙的減少，但這會引起更高的燃燒噪聲，較大的機(jī)械和熱應(yīng)力及較高的NO排放。提高燃油噴射速率降低碳煙排放v燃油噴射初速率提高，縮短

22、噴油持續(xù)時間，對減小碳煙的排放是有利的。柴油機(jī)全工況電控減少有害排放柴油機(jī)全工況電控減少有害排放v噴油定時控制：同時使噴油時間隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷自動調(diào)節(jié)在最佳時刻，從而控制HCNOx的排放，達(dá)到最佳值。v噴油量控制： 調(diào)節(jié)柴油機(jī)供油速率； 減少炭煙 控制加速的噴油速率及噴油量； 減少炭煙 控制起動加濃燃油量，加快暖車，減少藍(lán)煙；vEGR率控制：減少NOx排放；v增壓器控制：減少炭煙排放。措施小慣量增壓器、多級增壓器、可變噴嘴截面增壓器。4.5.3 柴油機(jī)廢氣后處理技術(shù)v排氣微粒捕集器及再生(CRT、SCRT) 降低微粒排放；v微粒過濾器（DPF）降低微粒；v氧化催化轉(zhuǎn)換器降低微粒中可溶有機(jī)物（

23、SOF）以及氣態(tài)HC和CO；v選擇性還原催化轉(zhuǎn)換器降低NOx排放。減少微粒排放的結(jié)果降低微粒排放的主要措施v降低柴油機(jī)微粒方法主要有高溫氧化高溫氧化：可降低80%微粒，但需要800以上的高溫和4s以上的反應(yīng)時間，在實(shí)際應(yīng)用中不現(xiàn)實(shí)。催化氧化催化氧化：主要降低微粒中的SOF，但對碳煙幾乎不起作用。清洗清洗：讓平排氣通過水或油來清洗微粒，占用體積很大，而且智能降低排放的10%左右。離心分離離心分離：將排氣引入旋風(fēng)器里，利用微粒的離心力，將微粒從氣流中分離開來。由于微粒體積很小，所以只能分離約10%的微粒。靜電分離靜電分離：首先將微粒進(jìn)行荷電，然后吸附到極性相反的金屬電極板上。分離微粒將隨排氣回流到

24、氣缸燃燒，增加了氣缸的磨損?？煞蛛x50%左右。過濾捕集器過濾捕集器：目前，降低柴油機(jī)微粒排放的排氣后處理技術(shù)主要是使用微粒捕集器。微粒捕集器的工作原理v擴(kuò)散擴(kuò)散：布朗運(yùn)動使得微粒偏離氣流運(yùn)動方向。當(dāng)它們和過濾材料接觸時，就被吸附在過濾材料上。擴(kuò)散捕集的效果隨微粒直徑的減小、氣流速度的降低和溫度的升高而提高。v沉積沉積：當(dāng)排氣流中的微粒和過濾材料接觸時，就被攔截在過濾材料上。微粒越大，攔截捕集的效果越好。v撞擊撞擊：較高速度的氣流中的較大的微粒，當(dāng)氣流繞過過濾材料氣流方向改變時，離開氣流撞上過濾材料被捕集。微粒捕集器的類型v表面型微粒捕集器：被捕集的微粒聚集在過濾材料的表面上。其典型材料是透氣陶

25、瓷。過濾效果主要是受材料孔隙尺寸的影響。v體積型微粒捕集器：被捕集的微粒聚集在過濾材料體內(nèi)。主要由陶瓷或金屬纖維材料繞制而成。帶有微粒的排氣在體積型微粒捕集器中不斷改變流動方向，微粒通過擴(kuò)散、攔截和撞擊聚集在纖維材料上。微粒捕集再生系統(tǒng)v柴油機(jī)排氣微粒捕集器的捕集效果已經(jīng)不是技術(shù)難題。但只能把微粒從排氣中過濾出來，收集在捕集器里，本身不能清除微粒。集聚的微粒會增加排氣流動阻力，增加排氣背壓，影響柴油機(jī)的換氣和正常燃燒，增加柴油機(jī)的燃油消耗。因此微粒捕集器的微粒必須及時清除，以免影響柴油機(jī)的性能。v清除微粒捕集器中的微粒，稱為微粒捕集器的再生。微粒捕集器再生的方法v再生系統(tǒng)分為：主動再生系統(tǒng)和被

26、動再生系統(tǒng)。v被動再生系統(tǒng)：要求在車輛正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，能達(dá)到再生條件。為此，可運(yùn)用進(jìn)氣節(jié)流，推遲噴油時間，進(jìn)氣管加熱等來提高排氣溫度，但又使經(jīng)濟(jì)性惡化。最有希望的是通過催化劑降低微粒的著火溫度。使用催化劑的方法：濾芯表面使用催化劑、燃油中添加催化劑。v主動再生系統(tǒng)：就是監(jiān)視微粒的聚集情況，當(dāng)需要再生時，就起動再生系統(tǒng)。主動再生系統(tǒng)有額外噴油的燃燒器系統(tǒng)、電加熱器系統(tǒng)和催化劑噴射系統(tǒng)等。下圖是幾種有代表性的再生方法。微粒捕集器主動再生系統(tǒng)的要求v帶有主動再生系統(tǒng)的微粒捕集器必須具有的控制功能：確定輔助再生時間；檢測和控制再生時的排氣溫度，以免損壞過濾器；在緊急情況下切斷再生系統(tǒng)?，F(xiàn)在的很多捕集器

27、都帶有旁路系統(tǒng)，為防止濾芯過熱，在溫度達(dá)到某一值時，啟動旁路系統(tǒng)。日野（HINO）公司微粒捕集器主動再生系統(tǒng)原理圖連續(xù)再生捕集系統(tǒng)CRTvJohnson Matthey 公司開發(fā)了一種連續(xù)再生捕集系統(tǒng)CRT（Continuous Regeneration Trap），廢氣在催化器和捕集器中處理。催化器是廢氣進(jìn)口通道的一部分，在它表面涂上一層帶金屬元素的微粒氧化催化劑，以降低微粒的自燃溫度。v催化劑將NO氧化成NO2 NO+O2NO2； 然后NO2再與微粒反應(yīng)C+NO2CO2+NO+CO。v對NOx排放沒有影響，CO的生成量很少，所以對CO也沒有多達(dá)影響，但能大幅度降低微粒排放。這種再生裝置簡單

28、，再150300能有效工作。是極有前途的捕集系統(tǒng)。柴油機(jī)排氣氧化催化轉(zhuǎn)換器v通過氧化催化轉(zhuǎn)換器可以促進(jìn)柴油機(jī)CO和HC的氧化。在柴油機(jī)一般排氣溫度條件下，碳煙不被氧化，但可以通過氧化微粒中的高沸點(diǎn)的HC來降低微粒排放。v采用普通柴油時，由于大量硫被氧化成SO3，它們和水或排氣中的雜質(zhì)結(jié)合，增加了微粒的排放量。v柴油機(jī)有效利用排氣氧化催化轉(zhuǎn)換器的先決條件是降低柴油的含硫量。吸附性催化還原v吸附性催化還原方法用于稀燃和直噴式汽油機(jī)。在汽油機(jī)排放控制3.4.4中已經(jīng)詳細(xì)講述過，故在此不贅述。柴油機(jī)降低NOx的方法v柴油機(jī)是富氧燃燒，因此降低汽油機(jī)排氣中的NOx排放的三效催化轉(zhuǎn)換器技術(shù)對柴油機(jī)不適用。

29、v采用化學(xué)方法降低NOx的方法：NOx的分解：NOx可分解成N2和O2，但該過程進(jìn)行的非常緩慢，迄今為止該方法在柴油機(jī)中沒有實(shí)際運(yùn)用。NOx的氧化：在發(fā)電廠中曾使用過，但其產(chǎn)物為固體物質(zhì)，對車用柴油機(jī)不適用。NOx的還原：在柴油機(jī)排氣中加入還原劑與NOx進(jìn)行還原反應(yīng)。v還原NOx的方法有：1. 選擇非催化還原；2. 非選擇催化還原；3. 選擇催化還原； 4. 吸附性催化還原。柴油機(jī)的廢氣再循環(huán)（柴油機(jī)的廢氣再循環(huán)（EGR）目的：減少目的：減少NOx排放排放方式：方式： 冷式：廢氣經(jīng)過冷卻、濾清，消除炭煙之后，通冷式：廢氣經(jīng)過冷卻、濾清，消除炭煙之后，通過空濾器處進(jìn)入增壓器入口。優(yōu)點(diǎn)：廢氣量大，降低過空濾器處進(jìn)入增壓器入口。優(yōu)點(diǎn)：廢氣量大，降低NOx多。缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)復(fù)雜，過濾裝置易堵。多。缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)復(fù)雜，過濾裝置易堵。 熱式：廢氣直接進(jìn)入壓氣機(jī)出口的進(jìn)氣系