欧4与欧5柴油机排放控制系统综述

时过境迁

DOC装置可以将总微粒(TPM)中的可溶性有机组分(SOF)氧化成CO2和水。还能将排气中的CO和HC氧化成CO2和水。与控制TPM、HC和CO排放不同，NOx需要被还原成氮(N2)和水。为满足欧4和欧5标准，发动机制造商将必须采取发动机改进、使用含硫量极低的燃油以及排放控制系统等技术措施。欧4和欧5标准要求柴油含硫量不超过50X10-6，而美国2007年和2010年法规则要求将柴油含硫量降低至15×10-6。
其理由：(1)发动机排放的SO3遇水会生成硫酸，它是TPM的—部分；(2)硫极易被大多数排放控制系统采用的铂催化剂从SO2氧化为SO3；(3)硫会使稀NOx捕集器(LNT)和含钯等催化剂中毒失效。需要采用一种能氧化CO与HC、而又不会使SO2氧化的技术。一种硫酸盐抑制剂可改变铂的选择性。降低SO2的活性。
采用一些方法克服TPM的低反应活性：(1)使TPM中的SOF组分氧化；(2)将颗粒捕集到过滤器中并在高温下使它氧化；(3)通过NO氧化成NO2，使之产生一种更具反应活性的氧化物形式。利用过滤器捕集TPM并定期在高温下使过滤器再生的方法已在美国2007年所有重型柴油车和欧洲大多数柴油客车上投入商业化应用。在需要降低颗粒排放及使用铂的场合，几乎全部都采用NO2来氧化碳烟。在不需要完全过滤TPM的某些场合，采用一种分流式过滤器或者采用一种通过载体的标准气流就足以满足需要。一套DOC装置可以去除废气中20%-60%的颗粒。去除NOx的第一种技术是稀NOx催化(LNC)。这项技术已在要求将NOx排放降低5%-10%的场合应用于轻型柴油车。在排气中添加额外HC可使NOx的降幅扩大至10%-20%。
主要的缺点：在150-200℃之间大多数LNC催化剂会生成大量N2O。柴油机LNT在稀气条件下使NOx吸收在LNT中直到NOx的数量达到LNT的容量为止。当NOx达到峰值时开始脱附并与CO和HC反应生成N2和水。这项技术最初应用于美国的乘用车和中型载货车。但燃油中的硫会对LNT的性能和耐久性产生很大影响。第三种技术是SCR，使用的还原剂并非CO和HC，而是氨。
汽车选用的SCR还原剂通常为32.5%(质量百分比)的液态尿素溶液。目前有几种商用SCR催化装置可供选用，包括钒氧化物、低温沸石和高温沸石。钒基SCR装置适于在200-550℃温度范围内工作，但当它暴露在600℃以上的环境时会很快失去活性。低温沸石装置起作用的温度为150-450℃，正准备用于轻型柴油乘用车。高温沸石起作用的温度为250-700℃(在SCR装置前安装DOC装置有可能使其作用的温度下限降低到200℃)。
高温沸石装置将主要用于美国2010年发动机和欧4发动机的NOx还原，该过滤装置需要在600℃以上进行有源再生、发动机制造商面临设计上的选择：发动机NOx排放控制与TPM排放控制系统相结合，或发动机TPM排放控制与NOx排放控制系统相结合。欧洲有两家发动机制造商选择了前者，但大多发动机制造商都选择了SCR，这是因为它允许发动机针对低颗粒、高NOx及最大燃油经济性进行优化。另外，欧洲现有的SCR排放控制系统有能力在改动最小的情况下(提供更高的尿素喷射率等方法)达到欧5排放标准。欧洲重型柴油车都选择钒基SCR系统是因为它具有最佳的成本—效益比。在不采用DOC装置的情况下达到欧4标准要求的、60%-70%的NOx转换率也是有可能的。这一方法有利于在无法供应低硫燃油的地区使用。

lene2009

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