現(xiàn)代汽車柴油機(jī)排放控制技術(shù)--及歐Ⅳ之后中重型柴油機(jī)主要技術(shù)路線

　　1 柴油機(jī)的主要排放物及其生成機(jī)理

　　1.1 主要排放物

　　二氧化碳(CO2)：燃燒含炭元素的物質(zhì)而產(chǎn)生的，本身對人體無害。進(jìn)入本世紀(jì)以來，隨著石油等化石燃料的大量消耗和作為吸收源的熱帯雨林被大量砍伐等，空氣中CO2含量飛速增長。CO2造成地球轉(zhuǎn)暖，即所謂的溫室效應(yīng)，因此成為近年全球關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。相對于汽油機(jī)來說，柴油機(jī)燃油消耗量小，所排除的CO2也相對較少。

　　一氧化碳(CO)：CO是在排放的氣體的所含成分中最有害的物質(zhì)，是燃料在氧分不足的狀態(tài)下不完全燃燒的情況下產(chǎn)生的。空氣中CO排放量的約90%被認(rèn)為是來自汽車，在各種排放的氣體中CO是最初的作為限制対象的。該氣體被吸入人體后，會產(chǎn)生溶血反應(yīng)導(dǎo)致中毒。但是，柴油機(jī)和汽油機(jī)相比，燃燒較為充分，所以CO的產(chǎn)生量非常少。

　　未燃烴(HC)：氫和炭構(gòu)成的化合物質(zhì)的總稱。這也是光化學(xué)煙霧的形成原因，根據(jù)種類不同會對呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

　　微粒(PM，主要是黒煙)：PM是從柴油機(jī)中排放出來的顆粒狀物質(zhì)的總稱。主要是由黒煙、SOF(可溶性有機(jī)組分)燃燒后剩下的燃料和潤滑油成分、輕油燃料中的硫黃成分燃燒后的生成物所構(gòu)成的。包括顆粒細(xì)小的SPM。

　　氮氧化物(NOx)：NO、NO2、N2O、N2O2等各種化合物的總稱。在高溫下氮分子和氧分子結(jié)合后產(chǎn)生的。不只是汽車，香煙和火爐等也會產(chǎn)生。燃燒溫度越高越容易產(chǎn)生NOx，因此發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)中必須考慮適當(dāng)降低燃燒溫度。

　　1.2 生成機(jī)理

　　CO2：CO2是石油化工燃料燃燒產(chǎn)生的。排放量根據(jù)燃燒時(shí)的燃料消耗多少成比例増加。柴油機(jī)在車用內(nèi)燃機(jī)中熱效率較高，燃料消耗率小。而汽油機(jī)熱效率較差，燃料消耗率較大，CO2排放量較多。

　　CO/HC：CO是氧分不足不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的。柴油機(jī)的排放量極少，汽油機(jī)的排放多。柴油機(jī)中，燃燒是在相對于燃料空氣量充分的狀態(tài)下進(jìn)行的。汽油機(jī)中，相對燃料/空氣量比例是幾乎一樣的，所以在燃燒時(shí)引起局部的氧分不足，產(chǎn)生量變多。HC和CO一様，也是在燃燒時(shí)相對燃料的空氣不足而產(chǎn)生的。

　　NOx：是在高溫完全燃燒狀態(tài)下生成的。和以上所說的三種物質(zhì)不同，NOx在柴油機(jī)中的排放量多，而汽油機(jī)的排放較少。原因是柴油機(jī)不用點(diǎn)火裝置，自燃著火而燃燒的原理。我們通常將燃燒階段分為：1)、著火延遲期間;2)、預(yù)混合燃燒期間;3)、擴(kuò)散燃燒期間;4)、后燃燒期間。其中預(yù)混合燃燒期間產(chǎn)生爆發(fā)性燃燒發(fā)生高熱，氣缸內(nèi)的溫度急速上升。這時(shí)，會產(chǎn)生NOx。而且，NOx的成分N和O是在高溫時(shí)促進(jìn)反應(yīng)，這是產(chǎn)生NOx的主要原因。

　　PM：是在低溫時(shí)不完全燃燒狀態(tài)下生成的。和NOx一樣，柴油機(jī)相比汽油機(jī)PM排放量要多很多。這個(gè)原因也在于燃燒的特征。柴油機(jī)是向氣缸內(nèi)部噴射燃料，混合燃料和空氣，混合狀態(tài)通常不均勻，而且在擴(kuò)散燃燒期間和后燃燒期間氣缸內(nèi)的溫度和圧力下降。這樣燃燒狀態(tài)惡化后，引起燃料的蒸燒狀態(tài)，也就是不完全燃燒狀態(tài)。這時(shí)，產(chǎn)生PM和黑煙。另外一方面，汽油機(jī)通常向混合好的混合氣點(diǎn)火，這樣發(fā)生不完全燃燒的燃燒過程短了，PM排放量少了。

　　由上可知，對柴油機(jī)而言，長期來其有害排放物的控制對象主要是NOx和PM。

　　2 柴油機(jī)NOx排放控制技術(shù)

　　2.1 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

　　采取機(jī)內(nèi)凈化是治本之舉。它是通過改進(jìn)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)或者增加附加裝置來改善燃燒性能，進(jìn)而達(dá)到減少NOx排放的目的。

　　(1)進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化：對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要目的是在提高充氣效率的同時(shí)，合理組織進(jìn)氣渦流，以利于混合氣的形成，提高燃燒速率，并盡量減少NOx的生成。

　　a) 多氣門技術(shù)：柴油機(jī)上采用多氣門技術(shù)是滿足更嚴(yán)格排放法規(guī)的有效途徑。缸蓋上噴油嘴和活塞上燃燒室凹坑布置氣缸中央，優(yōu)化了進(jìn)氣渦流和油霧分布以及活塞與噴油器冷卻條件，并可實(shí)現(xiàn)渦流比不同轉(zhuǎn)速下變化，這使混和氣形成進(jìn)一步優(yōu)化，提高動力性和經(jīng)濟(jì)性同時(shí)減少了NOx排放，但增加了成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。

　　b)進(jìn)氣渦流的優(yōu)化：提高渦流比可使燃燒加速并且完全，其結(jié)果可導(dǎo)致缸內(nèi)最高燃燒壓力與溫度的升高，從而使NOx的排放明顯增加;若減少進(jìn)氣渦流的強(qiáng)度雖可減少NOx的排放，但又勢必會犧牲柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，可采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)使渦流比在0.2～2.5范圍內(nèi)變化，以兼顧柴油機(jī)在整個(gè)工況范圍內(nèi)各個(gè)方面的性能。但采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高的問題，因而限制了該技術(shù)的推廣。

　　c)增壓中冷技術(shù)：柴油機(jī)采用進(jìn)氣增壓技術(shù)后，由于壓縮溫度升高，在動力性與經(jīng)濟(jì)性提高的同時(shí)，NOx的排量也必然增加。但增壓柴油機(jī)在采用中冷技術(shù)以后，增壓空氣在進(jìn)入氣缸以前被冷卻，在一定程度上可以抑制NOx的排放。因此，采用增壓中冷技術(shù)可使柴油機(jī)NOx的排放降低。目前，柴油機(jī)增壓中冷技術(shù)在中重型柴油機(jī)上應(yīng)用廣泛，在輕型柴油機(jī)上也逐漸在采用。一些新研制的轎車柴油機(jī)上也開始采用。

　　(2)噴油系統(tǒng)的優(yōu)化：噴油系統(tǒng)的優(yōu)化就是使燃油噴射參數(shù)最佳化。這些參數(shù)包括噴油定時(shí)、噴油壓力、噴油速度和噴孔結(jié)構(gòu)等。通過參數(shù)的優(yōu)化來抑制預(yù)混合燃燒，即減少在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量是降低NOx排放的有效途徑，分別敘述如下。

　　a)優(yōu)化噴油定時(shí)：NOx排放對噴油定時(shí)極為敏感。延遲噴油可降低NOx排放，但必須合理調(diào)整燃燒系統(tǒng)及噴油系統(tǒng)的其他參數(shù)以減少油耗、煙度和微粒排放方面的損失。為減少延遲噴油對經(jīng)濟(jì)性的不利影響，可采用較高的壓縮比和較高的噴油壓力。采用電控技術(shù)和根據(jù)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)噴油始點(diǎn)，可降低NOx的排放。

　　b)優(yōu)化噴油壓力：提高噴油壓力可有效地改善燃料的霧化性能，使混合氣的混合質(zhì)量得以改善，燃燒更加充分，燃燒溫度上升，NOx排放增加。因?yàn)樘岣邍娪蛪毫δ芨纳迫紵^程，故可以補(bǔ)償由于延遲噴油造成的油耗上升，但這又使延遲噴油以降低NOx排放的目的落空。為減少NOx排放應(yīng)該降低噴油壓力，而噴油壓力降低后又會使微粒排放增加。

　　c)優(yōu)化噴油速度：當(dāng)噴油提前角一定時(shí)，提高噴油速率，縮短噴油持續(xù)期，可以使柴油機(jī)產(chǎn)生的NOx較少。提高噴油速度與延遲噴油相結(jié)合亦可減少NOx的排放。另外，噴油速度還與HC、碳煙的排放及燃油消耗、噪聲有關(guān)，應(yīng)綜合權(quán)衡以謀求各參數(shù)的最佳值。

　　d)優(yōu)化噴孔結(jié)構(gòu)：噴油器噴孔直徑和數(shù)目對柴油機(jī)排放也有明顯的影響。當(dāng)循環(huán)供油量與啟噴壓力一定時(shí)，減少孔徑會減少初期噴油量，抑制預(yù)混合燃燒和最高燃燒溫度，以減少NOx的生成。當(dāng)噴油壓力、噴油速度及噴孔總面積不變的情況下，增加噴孔直徑或增加孔數(shù)，可降低流阻，改善燃油的霧化和分布，因而能降低NOx的排放。

　　(3)燃燒室結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化

　　a)優(yōu)化壓縮比：柴油機(jī)壓縮比控制著著火延遲期長短。降低壓縮比，有利于著火延遲，能夠減少峰值壓力，可使燃燒最高溫度降低，NOx排放減少。但壓縮比過低，柴油機(jī)難于著火。壓縮比對NOx影響較為復(fù)雜，選取壓縮比時(shí)應(yīng)綜合考慮。

　　b)燃燒室型式優(yōu)化：燃燒室型式與NOx排放有著密切關(guān)系。直噴式柴油機(jī)NOx排放明顯高于非直噴式柴油機(jī)，這是因?yàn)榉侵眹娛讲裼蜋C(jī)前期燃燒發(fā)生在混合氣過濃的預(yù)燃室或渦流室里，缺氧NOx生成受到了抑制，又因主燃燒室中燃燒開始較晚，且是較低溫度下進(jìn)行。同一類型但結(jié)構(gòu)不完全相同的燃燒室，其NOx排量也有差異。例如直噴式柴油機(jī)中，渦流最強(qiáng)的球型燃燒室NOx排放最高，淺盆型燃燒室最低。

　　(4)燃燒室噴水冷卻技術(shù)：水具有較高的比熱，在燃燒過程中吸熱可降低燃燒最高溫度;水與油混合噴入燃燒室還可以降低燃油密度，從而使燃燒溫度進(jìn)一步降低。該技術(shù)在降低NOx排放的同時(shí)，還有利于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度，并有降噪的作用。噴水冷卻有如下形式：進(jìn)氣管噴水;用超聲波將燃油與水乳化后噴入燃燒室;通過附加噴嘴把水直接噴入燃燒室;在噴嘴的兩個(gè)燃燒層之間填充水，并分層噴入燃燒室。但如何控制噴水的時(shí)機(jī)、數(shù)量和噴嘴的腐蝕等問題還有待于進(jìn)一步研究。

　　(5)燃料的改進(jìn)

　　a)提高柴油十六烷值：十六烷值在柴油機(jī)燃料參數(shù)中對NOx排放影響最大。十六烷值較高時(shí)，由于其穩(wěn)定性變差，極易裂解為碳煙。柴油機(jī)排氣煙度較高，但其發(fā)火性能好，柴油機(jī)點(diǎn)火延遲期縮短，缸內(nèi)溫度與壓力降低，NOx排放亦降低。當(dāng)十六烷值從40提高到50時(shí)，NOx排放可降低10%左右。

　　b)使用柴油添加劑：在柴油中添加適量的硝酸鹽、亞硝酸鹽和各種過氧化物，可以提高燃料的十六烷值，縮短著火延遲期，使得NOx排放減少。但使用添加劑會導(dǎo)致二次污染。

　　(6)采用廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)

　　采用廢氣再循環(huán)(EGR)是降低NOx排放的一項(xiàng)極為有效的措施，過去只是在汽油機(jī)上得到了較為成熟的應(yīng)用。EGR在所有負(fù)荷條件下都可以有效減少NOx排放。將定量廢氣引入柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中，再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，有利于點(diǎn)火延遲，增加了參與反應(yīng)物質(zhì)的熱容量以及CO2、H2O、N2等氣體對氧氣的稀釋作用，從而可降低燃燒最高溫度，減少NOx的生成。大約60%-70%的NOx是在高負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的，此時(shí)采用合適的廢氣再循環(huán)率對于減少NOx是很有效的。廢氣再循環(huán)率為15%時(shí)，NOx排放可以減少50%以上，而廢氣再循環(huán)率為25%時(shí)，NOx排放可減少80%以上，但隨著廢氣再循環(huán)率的增加，發(fā)動機(jī)燃燒速度變慢，燃燒穩(wěn)定性變差，HC和油耗增加，功率下降。若采用“熱EGR”還可以同時(shí)減少HC和PM的排放，并且不會增加油耗，在中、低負(fù)荷時(shí)凈化效果更佳。由于EGR氣門的升程信號會因氣門座積碳而不能正確反映EGR量，其響應(yīng)速度較慢，所以廢氣再循環(huán)量應(yīng)通過進(jìn)氣流量和EGR氣門的升程信號相結(jié)合來反映。

　　2.2 機(jī)外凈化技術(shù)

　　由于機(jī)內(nèi)凈化并不能完全達(dá)到法規(guī)要求，因此對已排出燃燒室但尚未排到大氣中的廢氣進(jìn)行處理，采取機(jī)外凈化技術(shù)顯得很有必要。

　　NOx的機(jī)外凈化主要是采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。由于柴油機(jī)的富氧燃燒使得廢氣中含氧量較高，這使得利用還原反應(yīng)進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化比汽油機(jī)困難。例如在汽油機(jī)上使用三元催化轉(zhuǎn)化器，其有效凈化條件是過量空氣系數(shù)大約為1。若空氣過量時(shí)，作為NOx還原劑的CO、H2和HC便首先與氧反應(yīng);空氣不足時(shí)，CO、HC不能被氧化。顯然，用三元催化轉(zhuǎn)換器降低NOx的技術(shù)在柴油機(jī)上是不適用的。

　　(1)采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)：從理論上講，可以將NOx分解為N2與O2，但實(shí)際上這個(gè)過程相當(dāng)慢，到目前為止，該方法尚未得到實(shí)際應(yīng)用。因NOx的氧化產(chǎn)物為固態(tài)，這對車用柴油機(jī)不適合。對于車用柴油機(jī)NOx的排放只能采用還原方法除去。

　　a)選擇非催化還原(SNCR)：SNCR技術(shù)只能在一定的溫度區(qū)間(800℃-1000℃)使用。而柴油機(jī)排氣不可能達(dá)到這樣高的溫度，只能通過在柴油機(jī)膨脹過程中，向氣缸中噴入氨水來實(shí)現(xiàn)，但效果不很理想。該技術(shù)只是在發(fā)電廠得到了廣泛應(yīng)用，在車用柴油機(jī)上尚未應(yīng)用。

　　b)非選擇催化還原(NSCR)：NSCR技術(shù)是將還原劑(如氨氣、尿素、HC)噴入排氣管中，在催化轉(zhuǎn)換器的作用下與廢氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)。由于廢氣中含氧量較高，還原劑很容易直接被氧化，故消耗量極大。

　　c)選擇催化還原(SCR)：SCR的原理與NSCR相似，也是將NH3加入到高溫廢氣中與NOx發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O，只是催化劑配方不同。在車用柴油機(jī)上該技術(shù)比前兩種更具有應(yīng)用價(jià)值。NOx的還原反應(yīng)在選擇性催化轉(zhuǎn)化器中被加速，還原劑的氧化反應(yīng)被抑制。

　　(2)采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)

　　采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)，可有效減少NOx的排放。碳素纖維具有催化活性，能促進(jìn)廢氣中的NO與C或HC進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，隨著電壓的升高，可使NOx排放明顯降低。目前，該技術(shù)正處于研究階段，尚未取得突破性進(jìn)展，同時(shí)該技術(shù)凈化效果的發(fā)揮必須以微粒的有效消除為基礎(chǔ)。

　　3 柴油機(jī)PM排放控制技術(shù)

　　3.1 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

　　與NOx機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)相反，所有改善發(fā)動機(jī)燃燒，增加缸內(nèi)最高燃燒壓力與溫度，從而提高柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)措施，如增大供油提前角，提高進(jìn)氣渦流比，優(yōu)化噴油系統(tǒng)等，均可大幅降低PM排放量。

　　3.1.1 機(jī)外后處理技術(shù)

　　(1)氧化催化轉(zhuǎn)化器(POC)

　　柴油機(jī)PM后處理技術(shù)包括催化氧化和過濾。柴油機(jī)加裝氧化催化轉(zhuǎn)換器是一種有效的機(jī)外凈化排氣中的可燃?xì)怏w和可溶性SOF有機(jī)組分的常用措施。采取此措施(以鉑Pt、鈀Pd貴重金屬作為催化劑)能使HC、CO減少50%，顆粒PM減少50%-70%，其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴也有明顯減少。

　　但是，氧化催化器的缺點(diǎn)是會將排氣中的SO2氧化為SO，生成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒，額外增加顆粒物質(zhì)排放量。美國最近針對新型柴油機(jī)進(jìn)行的一項(xiàng)示范研究表明，當(dāng)使用硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為368×10-6的柴油時(shí)，催化氧化可使瞬態(tài)工況條件下的PM排放降低23%-29%，HC降低52%-58%;若改用硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54×10-6的柴油，PM可降低53%。所以，柴油機(jī)氧化催化器一般適用于含硫量較低的柴油燃料;并要保證催化劑及載體、發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況、發(fā)動機(jī)特性、廢氣的流速和催化轉(zhuǎn)換器的大小以及廢氣流入轉(zhuǎn)換器的進(jìn)口溫度等正常，使凈化效果達(dá)到最佳。

　　(2)微粒捕集器(DPF)

　　微粒捕集器由微粒過濾器和再生裝置組成。微粒捕集器通過其中有極小孔隙的過濾介質(zhì)(濾芯)捕集柴油機(jī)排氣中的固態(tài)碳粒和吸附可溶性有機(jī)成分的碳煙。

　　微粒捕集器的工作主體是濾芯，目前常用的過濾材料有：金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、泡沫陶瓷和壁流式蜂窩陶瓷等。濾芯決定過濾器的過濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術(shù)的使用和再生效果。濾芯應(yīng)滿足較高的性能指標(biāo)：具有較高的過濾效率，具有大的過濾面積。

　　耐熱沖擊性好，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能指標(biāo)，熱穩(wěn)定性好，能承受較高的熱負(fù)荷;具有較小的熱膨脹系數(shù)，通過性好，流通阻力小，在外形尺寸相同的情況下，背壓小，背壓增長率低，適應(yīng)再生能力強(qiáng)，質(zhì)量輕。目前，最常使用的過濾材料為堇青石(其主要成分為MgO、AlO、SiO)和碳化硅晶體SiC。

　　微粒捕集器對碳的過濾效率較高，可達(dá)到60%。在過濾過程中，會導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到16-20kPa時(shí)，柴油機(jī)性能開始惡化，因此必須定期地除去顆粒，使過濾器恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，即過濾器再生。微粒捕集器的再生方式可分為“被動”再生和“主動”再生：“被動”方式即為催化再生，是在過濾器載體上浸漬催化劑或在燃油中加入添加劑來降低顆粒的氧化反應(yīng)的活化能，降低碳粒的起燃溫度來實(shí)現(xiàn)顆粒過濾器的再生;“主動”再生方式又稱為“熱再生”，即外加能量(熱能)的再生方式，利用外部熱源使積存在過濾體內(nèi)的微粒升溫、自燃，以減少過濾器內(nèi)的微粒PM。根據(jù)外加能量的形式可分為：全負(fù)荷再生、噴油助燃再生、電加熱再生、電自加熱再生和微波再生等。隨后又開發(fā)出CRT(連續(xù)再生捕集器)系統(tǒng)、節(jié)流再生、逆向噴氣再生、振動再生等幾種非加熱再生方式。

　　就目前而言，在再生過濾器的研究中需進(jìn)一步解決的問題有：降低再生溫度，進(jìn)一步降低再生所需要的能量。在柴油機(jī)的排氣溫度下使其能有效地再生，達(dá)到減少能量損耗和簡化機(jī)構(gòu)的目的：對于使用氣壓制動的車輛，逆向噴氣再生技術(shù)是今后的一個(gè)發(fā)展方向，但其結(jié)構(gòu)和能量的來源以及可靠性都有待于進(jìn)一步深入研究。連續(xù)再生將是以后一個(gè)重要的發(fā)展方向，但就中國而言，由于受柴油中的硫含量太高的影響(要求為50ppm以下)，國內(nèi)在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)受化工技術(shù)的影響不能使用。

　　在各種柴油機(jī)微粒捕捉器再生技術(shù)中，除連續(xù)再生外，都要對再生時(shí)機(jī)進(jìn)行判斷，即進(jìn)行再生控制，再生控制系統(tǒng)是微粒捕捉器不可缺少的部分。現(xiàn)代自動捕集器系統(tǒng)已經(jīng)具備在線診斷系統(tǒng)形式的電子監(jiān)測，并同時(shí)控制再生過程，除了簡單地監(jiān)測背壓，還用復(fù)雜的運(yùn)算來確定煙塵裝載量。最新開發(fā)的煙塵傳感器(如測電導(dǎo)率)可連續(xù)監(jiān)控排氣的清潔度，保證了捕集器在正確的時(shí)機(jī)進(jìn)行再生。

　　(3)靜電式微粒收集器

　　柴油機(jī)排氣微粒中有70%-80%呈帶電狀態(tài)，每個(gè)帶電微粒約帶1-5個(gè)基本正電荷或負(fù)電荷，整體呈電中性。目前利用附加強(qiáng)電場對呈帶電特性的碳煙微粒進(jìn)行靜電吸附，并取得了一定的試驗(yàn)成果。但目前的問題是設(shè)備體積過大，成本太高，在車輛上使用最困難的是高壓電的供給及收集中防止二次分散及反電暈等問題。但是隨著技術(shù)的發(fā)展也是極有前景的。

　　(4)電壓捕集技術(shù)

　　在柴油機(jī)排氣管的上下游分別裝金屬網(wǎng)，網(wǎng)間加約50V直流電壓。一般上游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較大，加負(fù)電壓;下游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較密，加正電壓。當(dāng)微粒經(jīng)過上游金屬網(wǎng)時(shí)帶上負(fù)電，經(jīng)過下游帶正電的金屬網(wǎng)時(shí)被吸附，從而達(dá)到微粒凈化的目的，這種方法裝置簡單且過濾效率較高。

　　(5)脈沖電暈等離子體化學(xué)處理技術(shù)

　　此種技術(shù)利用5-20eV的高能電子轟擊反應(yīng)器中的氣體分子NOx、SO、O和HO等。經(jīng)過激活、分解、電離等過程產(chǎn)生很強(qiáng)的自由基COH、HO、原子氧(O)和臭氧等，強(qiáng)氧化物迅速氧化掉碳粒，NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?NH等)則生成相應(yīng)的銨鹽，可通過濾清器和靜電除塵收集產(chǎn)物，從而達(dá)到減少污染的目的。但由于本過程產(chǎn)生了新的鹽類和其它化學(xué)成份，有可能形成二次污染，目前尚處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的應(yīng)用。

　　(6)靜電旋風(fēng)技術(shù)

　　研究人員對靜電旋風(fēng)技術(shù)捕集去除柴油機(jī)PM的效果進(jìn)行了探索性研究。結(jié)果表明，借助高壓脈沖靜電作用不僅能較好地捕集柴油機(jī)排氣中的PM，而且對尾氣中的HC和NOx也有一定的去除作用。靜電旋風(fēng)捕集器具有排氣阻力小、清灰簡單等優(yōu)勢。

　　4 歐Ⅳ及之后中重型柴油機(jī)排放控制主要技術(shù)路線

　　相比目前全國正在普遍實(shí)施的國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)際實(shí)施時(shí)間已經(jīng)推遲)的要求在前者基準(zhǔn)上輕型汽車單車污染物排放降低50%左右，中重型汽車單車有害氣體排放降低30%左右，顆粒物排放降低80%以上。由表1分析可知，對中重型車而言，國Ⅲ至國Ⅳ是排放法規(guī)升級過程中，限值跨越最大的一次，因此也是技術(shù)路線升級相對最艱難的一次。

　　表1：美歐日和中國中重型車排放法規(guī)限值與實(shí)施時(shí)間對比(單位：g/kWh)

　　表注：1.中重型車是指總重>3.5噸的商用車;2.實(shí)施時(shí)間為型式認(rèn)證的時(shí)間，生產(chǎn)一致性的時(shí)間一般推遲一年。

　　由于我國中重型車實(shí)施國Ⅳ的相關(guān)技術(shù)路線在行業(yè)上并沒有統(tǒng)一要求，因此大多數(shù)車企都傾向發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)不發(fā)生大的改變的SCR技術(shù)，當(dāng)然也有部分企業(yè)傾向于采用EGR+DPF(顆粒捕集器)技術(shù)。目前，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，國Ⅳ階段中高端市場會以SCR為主，低端市場有可能仍然采取EGR+DPF路線。其中高速物流用牽引車會采用SCR技術(shù)路線，而對于中短途載貨車及自卸車將會采用EGR+DPF技術(shù)路線。在國Ⅳ實(shí)施的時(shí)間上，除北京、上海、深圳等地區(qū)外，全國大部分地區(qū)的國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行預(yù)計(jì)將會延期2年左右，即型式核準(zhǔn)會在2012年1月1日真正執(zhí)行，新車銷售、上牌將會在2013年1月1日真正執(zhí)行。

　　對于歐Ⅳ及之后，歐美主要采用了兩條機(jī)外后處理技術(shù)路線：其一是SCR(選擇性催化還原)技術(shù)路線，它是通過優(yōu)化噴油和燃燒過程，盡量在機(jī)內(nèi)控制微粒PM的產(chǎn)生，而在機(jī)外后處理過程中，采用尿素溶液對氮氧化物NOx進(jìn)行選擇性催化還原。這一技術(shù)路線在歐洲占主流，歐洲長途載重車幾乎全部采用SCR技術(shù)，不過短途運(yùn)輸或者城市公交車則主要選擇EGR+DPF技術(shù)。目前采用SCR技術(shù)路線的主要有康明斯、馬克、底特律柴油機(jī)、戴姆勒-克萊斯勒、沃爾沃、達(dá)夫、依維柯;其二是EGR+DPF/DOC(廢氣再循環(huán)+微粒捕集器/柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器)技術(shù)路線，它以廢氣再循環(huán)為基礎(chǔ)，在機(jī)內(nèi)抑制NOx的產(chǎn)生，在機(jī)外后處理過程中采用微粒捕集器對PM進(jìn)行微粒捕捉，這一技術(shù)路線在北美市場占主流，目前采用該技術(shù)路線的主要有康明斯、卡特彼勒、萬國、斯堪尼亞、曼等。

　　兩種技術(shù)路線各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用SCR方案，對發(fā)動機(jī)不須做進(jìn)一步的強(qiáng)化處理。燃油中的硫含量對于系統(tǒng)的影響較小，可回避燃油含硫量高的難題，而硫含量高是國產(chǎn)柴油近幾年難以克服的技術(shù)問題，采用SCR方案可通過調(diào)整噴油特性而節(jié)省燃油消耗約5%，但需在加油站設(shè)立相關(guān)的尿素溶液補(bǔ)充設(shè)備，整車也需增加一套尿素貯存和轉(zhuǎn)化裝置而使成本增加。采用EGR+DPF/DOC方案需對原發(fā)動機(jī)進(jìn)行強(qiáng)化，提高噴油壓力和增壓中冷能力。其次，需提高微粒捕集器的再生能力，還有對燃油含硫量要求較嚴(yán)，且燃油消耗較高，但不增加額外的裝置，用戶只要定期更換微粒捕集器即可。