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排放物生成机理与治理排放物生成机理与治理 高等内燃机学 BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY 北京理工大学北京理工大学 介绍内容介绍内容 一一、、排放产物生成机理与降低措施排放产物生成机理与降低措施 二二、、排放控制思路排放控制思路 三、柴油机排放控制技术 四、柴油机排放标准实现措施分析 大量生成大量生成CO的的条件条件：缺氧：缺氧φa 160 C): (NH2) 2CO+H2O = 2NH3 + CO2 SCR 是基于是基于 NOx和氨水在催化转化器上的的化学反应和氨水在催化转化器上的的化学反应: 4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O 8NH3 +6NO2 = 7N2 + 12H2O Gas Flow SCR catalyst Urea Injector Dosing Unit 尿素计量泵 SCR-NOx-NH3关键器件关键器件 尿素喷射喷嘴尿素喷射喷嘴 尿素喷射喷嘴的尖端有尿素喷射喷嘴的尖端有 4 x 0.55m 个孔，可个孔，可 以使尿素和空气雾化混合，然后将其直接喷以使尿素和空气雾化混合，然后将其直接喷 射到尾气中和射到尾气中和 催化器催化器 上。

上 喷油器由喷油器由 304 不锈钢制成，带有陶瓷内核不锈钢制成，带有陶瓷内核  在SCR-NOx-CH过程中，烯烃(丙烯、乙 烯等)以及部分含氧的碳氢化合物(醇类、醛 类等)是最有效的还原剂在发动机使用甲烷 或丙烷-丁烷燃料时，其效果就要打折扣 柴油本身也可以用作NOx的还原剂，它既可 以喷入催化转化器前的排气管中，也可以在 发动机膨胀行程中喷入气缸但是发动机的 油耗会因此相应增加10％左右，碳氢化合物 的排放也会有所上升 SCR-NOx-CH LNT技术技术（（Lean NOx Trap ——稀稀 NOx捕集捕集 ））  NOx 储存: BaCO3 + 2NO2 + .5O2 => Ba(NO3)2 + CO2 BaCO3 + 2NO + 1.5O2 => Ba(NO3)2 + CO2  NOx 再生: NOx 释放: Ba(NO3)2 + 3CO => BaCO3 +2NO + 2CO2 Ba(NO3)2 + H2 + CO2 => BaCO3 +2NO2 + H2O NOx 降低: CO + NO => 0.5N2 + 2CO2 NO2 NO + 0.5O2 LNT技术技术（（Lean NOx Trap ——稀稀 NOx捕集捕集 ）） Ba(NO3)2 BaCO3 底层 粉末镀层 四、柴油机排放标准实四、柴油机排放标准实 现措施分析现措施分析 典型措施对NOx的影响幅度 推迟喷油：降低6％，燃油耗升高1％ 预喷油：全负荷不起作用，部分负荷可降10％ 喷油速率（形状，规律）：10％ 进气温度：10％ 空－燃比：10％ 喷水：进气道喷水30％，直接喷入气缸40％ 废气再循环：40％ 预燃室：30％ 缸内综合因素的极限：75％ • 燃烧室/涡流/喷油优化 • 700-900bar峰值喷射压力(1000bar) • 可采用2V/cyl缸盖设计 • 增压匹配优化 • 排气放气阀 • 空-空中冷/水－空中冷 • 机械控制 欧欧1对策对策 • 燃烧室/涡流/喷油优化 • 1200bar峰值喷射压力 • 可采用2V/cyl缸盖设计 • 机油耗控制（F<10%PM(微粒子)） • 增压匹配优化 • 排气放气阀 • 空-空中冷 • 机械控制或电子控制 • 燃油含硫(<500PPM) 欧欧2技术技术 • 电子控制电子控制 • 1500bar喷射压力喷射压力 CR/UI/HUEI/UP • 多次喷射多次喷射( 仅预喷仅预喷pilot ) • 4V/cyl设计设计 • 增压空增压空-空中冷（空中冷（46°°C）） • 可用可用EGR改善改善NOx排放排放 • 普遍采用普遍采用VGT、、VNT，提高响应性，提高响应性 • 机油耗控制机油耗控制(F<10%PM) • 燃油技术燃油技术(含含S<300PPM) 欧欧3技术技术 • 在欧在欧3的基础上追加的基础上追加 • 基于模型控制的电控技术基于模型控制的电控技术（动态问题）（动态问题） • 燃油喷射改进燃油喷射改进 1800~2000bar，喷油规律优化，多次喷射，喷油规律优化，多次喷射 • VNT（（可变喷嘴涡轮可变喷嘴涡轮））+带冷却的带冷却的EGR • 先进的后处理先进的后处理(欧洲欧洲SCR，美国，美国PM或或LNT) • 超低超低S燃油燃油(<50ppm) 欧欧4技术技术 柴油机降低排放的常用措施 标 准涡轮增压 中冷进 气温 喷油压力 喷油定 时 电控 措施 欧 1 √ 水空 65.5℃ 100MPa 推迟 机械 燃烧室/涡流/喷油优化 欧 2 √ 放气阀 空空 51.7℃ 120MPa 喷油 、燃烧室/涡流/喷油优化减死区容积、 减气缸变形、进气门杆密封、燃油 含硫(<500PPM) 欧 3 √ 可变喷嘴 空空 46℃ 138MPa 150MPa 多次喷 喷油 +采用收口燃烧室，废气再循环 、 机油耗控制(F<10%PM)、燃油技术 (含S<300PPM) 欧 4 √ 空空 180MPa 200MPa √ √ +可再生碳烟过滤器DPF、选择性催 化转化器 、先进的后处理(欧洲SCR， 美国DPF+LNT)、超低S燃油(<50ppm) 欧 5 √ 空空 √ √ √ +废气过滤器、高效催化转化器 • 燃烧优化是各阶段的必要基础 • 欧2是机械控制喷油系统的终点 • 欧3开始要电子控制+4气门设计 • 欧3排放是柴油机燃烧的极限 • 欧4开始必须要采用带冷却的EGR及其它先进的后处理技术（DPF、 SCR、 LNT） 小结小结 End 。