1　机内处理方法

1.1　掺水乳化油
　　柴油的烃类性质决定了柴油在富氧快速燃烧时瞬时释放出大量的热，导致热聚集而产生高温，在富氧的高温地带也就是NOx大量生成的地方。在国内外投入大量人力和资金进行研究的低温预混合燃烧，其目的之一就是要避免柴油燃烧时的局部高温。单纯的以柴油为燃料，要实现低温预混燃烧，就是要避免柴油燃烧时的局部高温，存在非常大的难度。掺水乳化油燃烧为低温燃烧找到了一种途径。柴油掺水燃烧国内外也研究了很多年，进气道喷水和缸内直接喷水用来降低缸内高温，被很多实验证明非常有效，可以很轻易地降低20%以上的NOx浓度。但锈蚀和机油污染严重。更有效的方式是将水加入到柴油中在乳化剂和搅拌的作用下形成乳化柴油。这种方法在燃烧重油的锅炉和船用柴油机上已作为成熟技术推广使用。乳化油燃烧时，油包水小颗粒中的水相在高温下迅速汽化，燃料颗粒立即破碎分散，与空气得到充分混合。水在高温下汽化吸收了大量的热，降低了缸内燃烧的最高温度，从而达到了减少了NOx排放的目的。由于在1000℃以上时，水能与碳烟颗粒发生水煤气反应，所以，燃用乳化油还能降低碳烟排放，提高燃烧效率。柴油机燃用乳化油的优势比较明显，国内外这方面的研究也一直未中断过。20世纪90年代，美国、日本和欧洲已进入实用化阶段。2002年美国加州的Chevron Products Company配置的乳化燃油PuriNOx 经加州空气资源(ARB)确认在实用中可减少63% PM排放，14% NO2 排放。法国埃尔夫石油公司开发的乳化柴油，2002年经美国加利福尼亚大气资源部(ARB )认证可降低16%的NOx 和60%的PM排放。但乳化柴油目前存在的问题是乳化剂成本较高，稳定性不好，容易分层，柴油机冷启动困难。若这两个问题能得到解决，乳化柴油将具有极大的社会效益。

1.2　代用燃料
　　对用于减少排放及缓解能源紧张的代用燃料，技术人员对醇类、天然气、液化石油气、二甲醚和氢气研究的比较多。在柴油机上使用醇主要采取柴油掺混的办法。研究表明, 柴油机上燃用纯的甲醇、乙醇时，需要采用火花塞助燃，NOx 和碳烟排放显著降低。很多掺烧试验表明，NOx浓度随甲醇、乙醇掺入量增加而减少，但也有试验发现，柴油中掺入无水乙醇并未见NOx的排放减少，可能是乙醇中所含少量的水在这里起到了至关重要的作用。在柴油机上燃用压缩天然气和液化石油气，NOx 的排放可以减少20%以上，可消除柴油机冒黑烟状况。但近来也有资料表明，燃用压缩天然气和液化石油气，排放的可见碳颗粒减少了，但总体颗粒排放并未减少，即大颗粒的碳烟排放减少了, 而细微的小颗粒的碳烟排放数量增加了，这种细小的碳烟颗粒可直接进入人体肺部细胞，对人体的危害比大粒径的可见碳烟颗粒更大。另外天然气汽车和液化石油气汽车运行费用要比柴油车高20%以上。有很多城市正在考虑减少公交车天然气和液化石油气化的改造。近几年柴油车上使用二甲醚燃料的研究已成为代用燃料研究的一个热点。二甲醚在柴油机上优越的适应性和排放的环保性，使它被认为是具有非常广阔前景的清洁燃料。其碳烟排放几乎为零,NOx 排放也有所降低。因碳烟排放低，结合废气再循环有很大优势，这样可以大量降低NOx排放。由于使用代用燃料意义比较大，无论是在污染控制还是能源利用方面优势比较明显，有着很大的发展潜力。

废气再循环(EGR)
　　采用EGR降低柴油机NOx排放已成为一项公认的有效技术。该技术在国外已作为一个成熟技术广泛应用于汽车。对于柴油机的EGR技术国外70年代开始研究，我国现处于起步阶段。EGR用来降低NOx 排放效果非常显著，EGR率越大，NOx 降低越明显。

　　氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。废气再循环（EGR）技术就是从发动机排气中，引回部分废气与新鲜空气共同进入发动机汽缸内参与燃烧，既降低汽缸内的燃烧温度，又有效控制高温富氧条件下NOx的生成，从而大大降低发动机废气中NOx含量。

废气再循环控制

（1）废气再循环系统
　　由于废气再循环过程是把高温度废气引入进气系统，因此对流入的废气量进行直接控制，要求其执行机构有耐高温、不易氧化等特点。特别是采用电子控制，因废气温度高，用电器装置直接控制比较困难，所以一般采用间接控制的方法。

（2）废气再循环控制
　　由于废气再循环率对发动机的工作性能有很大的影响，废气循环量过少，不能有效地降低NO x 的排放量，而循环量过大，发动机的性能恶化，工作不稳定。一般情况下废气再循环采用开环控制，主要与之有关的因素是发动机冷却水温度、进气温度、转速和节气门开度等。

（3）废气再循环对发动机工作的影响
　　废气再循环对发动机的性能有很大的影响。由于废气的引入，使得进入发动机气缸内的混合气中单位燃料所对应的惰性气体增加。对于燃烧室内所产生的热能而言，废气的热容量增加，特别是废气中的CO2和水的摩尔比热较大，可有效地抑制气缸内燃烧温度的升高。同时，由于惰性气体的增加，使着火延迟期变长，燃烧速度下降，燃烧温度也随之下降。由于上述两种原因，采用废气再循环方式的汽车发动机，由于燃烧温度的大幅度下降，使 NO x的排放量可以明显地降低。
但是，随着废气再循环率的增加，发动机的油耗与输出扭矩特性随之恶化，而且排气中HC物质浓度也随之增加。同时由于废气再循环所造成的发动机缺火率也增加，燃烧过程变得不稳定。如果点火提前角不变，随废气再循环率的增加，发动机性能将大大下降。因此在对废气再循环率的控制过程中，必须同时对点火提前角进行控制，在一定的废气循环量内也能提高发动机的经济性。

2　后处理方法
　　机内控制只能在一定程度上减少NOx 的排放，要满足欧Ⅲ或者更高的排放标准，后处理是一个必不可少的措施。NOx 的后处理主要就是采用还原转化技术, 利用尾气中的产物或者添加额外的还原剂，将其转化为N2。由于柴油机尾气中氧浓度比汽油机高的多，而作为还原剂的CO和HC类排放物浓度比汽油机低得多，这使得在汽油机上使用的三元催化转化器在柴油机上无法使用。现在研究开发中的NOx 转化技术主要有以下4种。

2. 1　选择性非催化还原( SNCR)
　　SNCR的原理是在高温下向排气中加入还原剂NH3 或者尿素与NOx反应生成N2 和H2O。与NH3 的总反应可表示如下:

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

　　该方法的优点是可以省去价格昂贵的催化剂。计算结果显示，反应主要发生在700～1000℃的温度范围内，700℃以下反应很难发生。其原因是还原反应是在NH2 和NO之间发生，而NH3 向NH2 的转化是在700～1000℃的条件下发生的。由于这个温度范围的制约，SNCR技术虽然在发电厂脱硝中获得了广泛的应用，但限制了该技术在柴油机上的应用。YasufumiNakanishi等利用甲胺在较低温度下可以获得NH2这个特点，向柴油机尾气中添加甲胺。在排气温度约420℃时，获得了80%的NOx去除效率。J. W illand等采用直接向燃烧室内喷尿素，可以获得65%的NOx 去除效率，但同时伴随很多不希望的副反应发生。由于可操作性方面的问题，目前仍然没有成熟的SNCR技术在柴油机上获得应用。

2. 2　非选择性催化还原(NSCR)
　　NSCR是指向柴油机尾气中添加还原性物质，在催化剂作用下还原NOx。由于该反应没有选择性，能还原尾气中所有具有氧化性质的物质。柴油机尾气中氧浓度很高，很容易与添加的还原剂发生反应。这样会消耗掉大量的还原剂。这种方法现在已被摒弃。

2. 3　选择性催化还原( SCR)
　　作为有希望的车用柴油机NOx后处理方法，SCR法的研究开发在大量进行，故本文给与重点介绍。SCR技术在20世纪70年代就已被欧洲、美国、日本广泛应用于工业固定燃烧装置的NOx 处理。经过10多年的研究, SCR 在固定式柴油机上的应用技术也日渐成熟。但是对于移动的柴油机车，由于空间的有限性和控制系统的复杂性，仅在船用柴油机和重型载货车上取得了一定进展。与NSCR 相比，SCR技术所使用的催化剂在反应时具有选择性，减少了还原剂的消耗。与SNCR相比，反应温度低,转化效率高。因此,在柴油机上SCR除NOx 技术优势是比较明显的。

　影响SCR的因素
　　SCR作为一种新的后处理技术，虽然能使柴油机排气污染物大幅度地降低，但它也受多个方面因素的影响，使其性能还不够稳定，必须加以改进研究。

　温度的影响
    　SCR还原反应过程中必须O2存在并且有适宜的温度。温度过高时，NH3可能自行燃烧而不与NOx起反应；温度太低，则反应速度可能太慢，由此产生的冷凝还将损坏催化剂。

　柴油品质的影响
　　柴油品质的好坏也间接影响了SCR的工作效能。柴油中的S含量将会使装置里的催化剂中毒，将使SCR的工作效率大大降低。所以，燃油品质的提高与SCR的广泛使用有着密切的联系。

　PM及粉尘的影响
　　柴油机排放物中的一个主要污染成分就是PM。如果过多的PM堆积在催化器中就会使排气不畅通，增加阻力，混合气不能充分与催化剂接触，装置的效率将会大大降低。在SCR装置进行催化还原反应前先让排气通过颗粒捕集器，既可以降低柴油机PM的排放，同时也解决了SCR中PM粉尘的影响。

　　目前研究的柴油机上作为还原剂的物质除了尿素和氨水外，还有烃类和醇类。以烃类作为还原剂，其系统相对氨水系统要简单，但转化效率不高。以甲醇和丙烷作为还原剂，AL2O3 作为催化剂的对比试验发现，甲醇在低温下有很高的转化效率, 丙烷在高温下表现出更高的活性。但在有硫存在的情况下，甲醇还原效率下降，而丙烷完全失去还原能力。

2. 4　NOx吸附催化(NAC)
　　对于稀燃汽油机,吸附催化是目前最有希望的后处理技术，该技术在很多直喷式汽油机上已经获得应用。吸附催化反应在稀燃条件下, NO先被诸如铂之类的金属催化剂氧化成NO2 ，然后再扩散被碱金属或者碱土材料吸附。再生时，需要将发动机从稀燃状态切换到浓混合气状态，从而使尾气中产生大量的诸如H、CO 和HC之类的还原性物质,从而将吸附储存的NOx 还原为N2。但是所使用的催化剂对硫非常的敏感,少量的硫就会使催化剂中毒。我国柴油中硫含量比较高，这在很大程度上限制了吸附催化技术在柴油机上的使用。现在国内外很多研究人员正在研究开发耐硫能力较强，吸附容量较大的催化剂。

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