浅析尾气后处理技术在热试台架上的应用

张玉龙

摘要：随着排放要求升级，发动机尾气排放控制日益严格。而发动机在热试台架上进行综合性能检测时也会造成大量的尾气排放，因此对发动机在热试台架上测试时的尾气排放依然需要进行处理。

关键词：热试台架；发动机；后处理技术

1.概述

众所周知，随着中国国内汽车数量的日益增多，汽车所产生的尾气排放已逐渐成为造成大气污染的主要原因之一。所以提高汽车排放标准、降低汽车尾气排放必然是大势所趋。汽车所产生的尾气来自于发动机燃烧室内燃料的不完全燃烧，其主要产生的尾气成分主要有：碳烟颗粒物（PM）及有害气体（主要为NOx、CO、HC）。在整车状态时，发动机一般都会配置三元催化器及颗粒捕集器等部件，用于发动机已产生尾气的后处理。

但是，在发动机的生产阶段，发动机本身的三元催化器及颗粒捕集器等部件往往是不安装的。发动机在热试台架上做点火试验时，基本上等于燃烧室所产生的尾气直接排放出去。且发动机在做点火试验时需要检测发动机在各种转速及工况下的运转状况，某阶段的排放量会非常高。即使这些尾气都会按照排放标准通过高空排烟管排出，但依然对大气环境存在一定的破坏。因此为热试台架配置后处理設备也显得尤为重要。

2.尾气中有害气体成分分析

根据燃烧理论，进入汽车燃烧室的成分是空气和燃油，汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中产生的排放尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、碳颗粒、二氧化碳等气体和其他杂质粉尘等。其中碳颗粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物含量较大，其产生的影响因素也较多。

2.1颗粒物

颗粒物的主要成分是碳，主要是由于燃油燃烧不充分所产生的，是大气PM2.5的来源之一。颗粒物是柴油机排放气体中的主要组成部分，而汽油机的排放量相对较少，故一般仅在柴油机试验台架上实施后处理措施。

由于颗粒物是燃烧不充分所产生的固体颗粒物，除了高温灼烧进行处理以外，无法通过其他的化学手段进行转化。但颗粒物燃烧需要较高的温度，对于能耗及设备使用安全等方面存在较大的隐患，故一般采用物理吸附的方式进行处理。

2.2氮氧化合物（NOx）

NOx是在发动机燃烧过程中产生的，其中NO成分占比例较大，而少量成分是NO2，他们是N2在燃烧高温下的产物。

2.3CO、HC

CO主要是由于发动机内部缺氧和低温引起的不完全燃烧而产生的，一般烃燃料的燃烧反应过程为：

CmHn+（2/m）O2→mCO+（n/2）H2

3.目前常用尾气后处理技术说明

3.1简介

针对发动机在试验台架上产生的主要有害气体成分，目前均有常用的技术进行处理。其中，减少颗粒物含量可采用DPF颗粒捕集技术；针对HC、CO等可采用DOC氧化技术；而对于NOx，则可采用SCR选择性还原技术。同时这也是在整车上常用的尾气后处理技术。下面将重点介绍这几种技术的工作原理。

3.2碳烟颗粒捕集器（DPF）

碳烟颗粒捕集器DPF，是采用陶瓷材料制成的，它可以将排放废气中颗粒物质排入大气之前将其拦截捕捉。其轴向具有平行蜂窝孔道，相邻的蜂窝孔道两端面交替错位，堵孔道壁上均布微孔结构的蜂窝陶瓷，捕集几何面积大，捕集效果好。柴油机的废气从入口进入过滤体，然后由入口通道的壁流面流入出口通道，再从出口通道排出。柴油机的尾气在通过通道壁时，它利用蜂窝陶瓷孔壁上的孔隙截留、捕捉柴油机尾气中的碳烟颗粒，以完成尾气排放碳烟颗粒净化工作，可减少柴油发动机所产生的烟尘达95%以上。如图2所示。

但经过一块时间的使用后，DPF模块孔道内会由于过滤产生大量的碳堆积，导致过滤微孔气体通过性及过滤效率下降。所以，在使用一段时间后，须定期通过压缩空气反向吹扫对DPF进行清洁。

3.4DOC

铬镍合金DOC净化单元，模块呈蜂窝状，其表层涂覆有以铂金为主的氧化型催化剂。DOC贵金属氧化型催化剂主要目的是降低碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）的排放。其氧化原理与汽油机三元催化器氧化HC和CO的原理基本一样。DOC可以使有毒的HC部分减少75-90%，CO减少75-90%。化学反应原理如下：

CO+1/2O2→CO2

4HC+5O2→4CO2+2H2O

C+O2→CO2

3.5SCR

SCR，选择性催化还原技术，该种技术也是目前在整车上普遍使用的技术。该技术是指向尾气中喷入适量的尿素（实则是其中的氨产生作用），尿素在贵金属催化剂的作用下，与尾气中的氮氧化合物发生反应，转化为无害的氮气和水，具体反应原理如图3所示。去除率可达到75%。尿素在系统的控制下，可实现精确喷射。具体工作原理如图4所示。

目前SCR中反应催化剂多选用的为钒基催化剂。该催化剂制作工艺较成熟，成本相对较低，应用比较广泛。其最佳的反应温度为300℃-450℃，在该温度范围，催化剂才能保证比较高的催化效率。

4.总结

DPF+DOC+SCR是目前在整车尾气处理上常用的技术，也可应用于台架上发动机的尾气后处理，其处理原理一致。通过以上三种模块串联的方式，可依次对发动机尾气中的各气体成分进行处理，大幅降低发动机热试过程中污染物的排放量，切实起到环境保护的作用。

参考文献：

[1]冯长根.汽车尾气净化催化剂涂层改性研究[J].环境污染治理技术与设备，2012（2）

[2]张爱敏.新型汽车尾气净化催化剂研究及产业化示范[J].新材料产业，2011（12）

[3]翁棣.汽车尾气催化处理实验研究[J].实验室研究与探索，2O11（6）

[4]阎云飞.天然气汽车发动机低NOx燃烧排放技术研究现状【J】.天然气工业2007（5）