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摘 要：随着传统化石燃料价格的上长以及国家汽车排放法规的日益严格，仅仅通过改进发动机燃烧技术来达到节能减排的目的是远远不够的，因此，近些年来就提出利用尾气后处理技术对发动机尾气进行处理，以减少尾中有害气体的排放，进而使尾气各组分含量能达到国家排放法规的要求。本文首先介绍当前尾气后处理技术的发展现状以及在技术层面存在的不足；最后，展望柴油尾气后处理技术在今后的发展方向。
关键词：柴油机；尾气后处理技术；排气
1 柴油机尾气后处理技术的发展现状
减少尾气有害物排放的关键技术仍然是机内净化技术，即改进混合气的形成过程、优化发动机的燃烧过程、电控技术等，但是，随着国家排放法规的日益严格，单纯的依靠机内净化技术已经很难在满足排放法规的需要，因此，就需要从尾气处理方面着手，也就是尾气后处理技术进一步对柴油机尾气进行处理，以达到减少有害物排放的要求。当前，在柴油机尾气处理方面被广泛应用的技术主要包括氧化催化器、微粒捕集器以及氮氧化物还原技术等，下面就简单介绍这些技术的发展现状。
1.1氧化催化器（DOC）
柴油机氧化催化技术已经非常成熟，目前，国内外各大汽车生产厂商所采用的氧化催化剂主要为铂、钯等贵金属催化剂。柴油机氧化催化器的主要作用就是对发动机尾气中的一氧化碳、未燃碳氢、二氧化硫等进行氧化处理，它可以明显降低柴油机尾气中的一氧化碳和未燃碳氢，同时还可以氧化尾气中的可溶性有机盐以及炭烟进而减少颗粒物的排放。
1.2微粒捕集器（DPF）
柴油机微粒捕集器的主要作用就是尾气中的颗粒物进行过滤处理，当前，微粒捕集器的捕集方式主要是过滤捕集法，市场上通用的过滤材料主要有陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属纤维编织物以及金属蜂窝载体等。柴油机尾气经排气管进入微粒捕集器多孔结构过滤体内，细密的过滤体将尾气中的颗粒物进行过滤，对颗粒物的过滤效率可高达90%左右。
当微粒捕集器内积累的颗粒物达到一定限值时就会严重阻碍尾气的流通，同时还会影响颗粒物的捕集，因此就需要定期对过滤的颗粒物进行处理，这个过程就称为微粒捕集器的再生过程。目前微粒捕集器的再生方法主要分为两种，一种是断续加热再生另一种是连续催化再生。下面就简单介绍一下这两种再生方法：
（1）断续加热再生
断续加热再生是柴油机微粒捕集器在工作一段时间后，累积的颗粒物达到饱和状态后采用解热的方式清除，这种再生方法又称为主动再生。目前柴油机尾气后处理装置中使用最为普遍的加热方式是电加热和燃烧加热。电加热方式主要是通过在微粒捕集器前面安装一个电加热器，或者将电加热器安装在微粒捕集器内，当微粒捕集器内累积的颗粒物达到限值时，就通过电加热器进行加热，使温度达到微粒的起燃温度，进而对微粒捕集器进行清理；燃烧加热方式主要是在微粒捕集器前的排气管内安管一个喷油嘴，当微粒捕集器内压力达到限值时，就通过喷油嘴向排气管内喷射柴油，进行燃烧以达到清除微粒的目的。经过相关研究表明，燃烧加热方式清除微粒使微粒捕集器再生的效果要比电加热方式的要好，因此，目前國内柴油车中微粒捕集器使用的再生方法一般都是燃烧加热再生。
（2）断续催化再生
边捕集微粒边对捕集器进行再生的方式就称为断续催化再生，这种再生方式也称为被动再生。目前应用比较广泛的断续催化再生系统有以下三种：第一种是由JM公司提出的连续再生捕集器，该系统以在氧化催化器中生成的二氧化氮为氧化剂，将捕集器中的微粒进行氧化，并且二氧化氮与微粒在200℃左右就可以发生氧化还原反应，因此，应用比较广泛；第二种是催化过滤器，通过在捕集器载体的表面添加催化剂，可以降低微粒与氧气反应的温度，进而清除微粒；第三种是在柴油中添加催化剂，柴油燃烧后的废气中就会含有催化剂成分，催化剂可以使尾气中微粒的起燃温度降低至300℃左右，在发动机工作的大部分工况中都可以工作，对微粒捕集器内的微粒进行氧化清除。
1.3氮氧化物还原催化器
氮氧化物催化器是柴油机为后处理系统的核心，并且对柴油机进行氮氧化物的还原要比在汽油机上面的难度高，找原因主要有以下两个方面：第一、因为柴油机是质调节方式，喷入气缸的为稀混合气，燃烧后的排气中氧含量相对较高，所以在氧化氛围内对氮氧化物的还原就比较困难；第二、还原催化剂的工作温度比氧化催化剂的工作温度要高，但是，柴油机的排气温度明显低于汽油机。
目前，柴油机氮氧化物的还原方法主要有六中方法，分别是选择性非催化还原、选择性催化还原、非选择性催化还原、吸附还原、NOX直接分解技术以及等离子体放电技术。在这几种氮氧化物还原方法中应用最为广泛的就是以尿素为还原剂的选择性催化还原技术。下面就简单介绍一下尿素-SCR催化剂。
（1）尿素-SCR催化剂
尿素-SCR催化剂以尿素为还原剂，V2O5为催化剂对氮氧化物进行选择性还原。参与还原反应的物质实际上是NH3，主要的反应机理为：
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O（1）
2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O（2）
2NH3+NO+NO2=2N2+3H2O（3）
由于氮氧化物中有90%左右为NO，还原反应的主要途径为式（1），因此式（1）又被称为“标准SCR”反应；式（2）还原的主要是NO2，因此，式（2）也被称为“NO2-SCR”反应；在较低的温度下式（3）的反应速度最快，因此又被称作“快速SCR”反应。NOX还原反应选用V2O5为催化剂，该催化剂具有催化效率高、选择性好、反应温度窗口高以及抗硫中毒性能好等优点。
尿素-SCR催化剂对NOX转化率可以达到80%左右，反应温度较低，所选用的催化剂成本低，选择性好、催化效率高，尿素价格低廉，来源广对环境污染小。因此尿素-SCR催化剂被广泛应用到柴油车尾气后处理系统中。
2柴油机尾气后处理技术存在的不足
2.1氧化催化器
氧化催化器技术经过多年的发展已经非常成熟了，但是该技术仍旧存在一些不足，例如所选用的氧化催化剂为Pt、Pd等贵金属元素，成本较高，同时抗硫中毒能力相对较差，因此就需要进一步的研究和试验选择成本低廉、性能优异的其它氧化催化剂。
2.2微粒捕集器
尽管现在研发了微粒捕集器再生技术，但是微粒捕集器的使用寿命仍然对颗粒物的捕集有非常大的影响作用，并且颗粒物对人体和大气环境有非常大的危害，所以应该开发对颗粒物处理效果更好的技术方法。
2.3NOX还原催化器
尿素-SCR催化剂是目前使用最为广泛的NOX处理技术，但是尿素在工作过程中存在以下不足：在排气温度低于300℃时反应活性显著降低；在环境温度低于-11℃时尿素水会出现冻结现象，需要添加额外的尿素箱保温装置；同时，在喷嘴处经常会出现尿素结晶析出等问题。
3 结论
本文分析了目前国内外在柴油机尾气后处理方面的技术现状，并总结了现有技术所存在的不足之处，今后，在尾气后处理技术研究方面应该着手解决这些问题，提高尾气后处理技术水平，减少汽车尾气有害物的排放，是汽车排放能够满足国家排放法规的标准。
参考文献
[1]王建昕，帅石金.汽车发动机原理.北京：清华大学出版社，2011.3
[2]岑可发，姚强，骆仲泱，高翔.燃烧理论与污染控制.北京：机械工业出版社，2008
[3]王建昕，傅立新，黎维彬.汽车排气污染治理及催化转化器.北京：化学工业出版社，2000
作者简介
彭明国（1993.04-），河南洛阳人，硕士研究生在读，现就读于山东建筑大学机电工程学院，研究方向为：发动机燃烧及排放过程控制
关键词：柴油机；尾气后处理技术；排气
1 柴油机尾气后处理技术的发展现状
减少尾气有害物排放的关键技术仍然是机内净化技术，即改进混合气的形成过程、优化发动机的燃烧过程、电控技术等，但是，随着国家排放法规的日益严格，单纯的依靠机内净化技术已经很难在满足排放法规的需要，因此，就需要从尾气处理方面着手，也就是尾气后处理技术进一步对柴油机尾气进行处理，以达到减少有害物排放的要求。当前，在柴油机尾气处理方面被广泛应用的技术主要包括氧化催化器、微粒捕集器以及氮氧化物还原技术等，下面就简单介绍这些技术的发展现状。
1.1氧化催化器（DOC）
柴油机氧化催化技术已经非常成熟，目前，国内外各大汽车生产厂商所采用的氧化催化剂主要为铂、钯等贵金属催化剂。柴油机氧化催化器的主要作用就是对发动机尾气中的一氧化碳、未燃碳氢、二氧化硫等进行氧化处理，它可以明显降低柴油机尾气中的一氧化碳和未燃碳氢，同时还可以氧化尾气中的可溶性有机盐以及炭烟进而减少颗粒物的排放。
1.2微粒捕集器（DPF）
柴油机微粒捕集器的主要作用就是尾气中的颗粒物进行过滤处理，当前，微粒捕集器的捕集方式主要是过滤捕集法，市场上通用的过滤材料主要有陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属纤维编织物以及金属蜂窝载体等。柴油机尾气经排气管进入微粒捕集器多孔结构过滤体内，细密的过滤体将尾气中的颗粒物进行过滤，对颗粒物的过滤效率可高达90%左右。
当微粒捕集器内积累的颗粒物达到一定限值时就会严重阻碍尾气的流通，同时还会影响颗粒物的捕集，因此就需要定期对过滤的颗粒物进行处理，这个过程就称为微粒捕集器的再生过程。目前微粒捕集器的再生方法主要分为两种，一种是断续加热再生另一种是连续催化再生。下面就简单介绍一下这两种再生方法：
（1）断续加热再生
断续加热再生是柴油机微粒捕集器在工作一段时间后，累积的颗粒物达到饱和状态后采用解热的方式清除，这种再生方法又称为主动再生。目前柴油机尾气后处理装置中使用最为普遍的加热方式是电加热和燃烧加热。电加热方式主要是通过在微粒捕集器前面安装一个电加热器，或者将电加热器安装在微粒捕集器内，当微粒捕集器内累积的颗粒物达到限值时，就通过电加热器进行加热，使温度达到微粒的起燃温度，进而对微粒捕集器进行清理；燃烧加热方式主要是在微粒捕集器前的排气管内安管一个喷油嘴，当微粒捕集器内压力达到限值时，就通过喷油嘴向排气管内喷射柴油，进行燃烧以达到清除微粒的目的。经过相关研究表明，燃烧加热方式清除微粒使微粒捕集器再生的效果要比电加热方式的要好，因此，目前國内柴油车中微粒捕集器使用的再生方法一般都是燃烧加热再生。
（2）断续催化再生
边捕集微粒边对捕集器进行再生的方式就称为断续催化再生，这种再生方式也称为被动再生。目前应用比较广泛的断续催化再生系统有以下三种：第一种是由JM公司提出的连续再生捕集器，该系统以在氧化催化器中生成的二氧化氮为氧化剂，将捕集器中的微粒进行氧化，并且二氧化氮与微粒在200℃左右就可以发生氧化还原反应，因此，应用比较广泛；第二种是催化过滤器，通过在捕集器载体的表面添加催化剂，可以降低微粒与氧气反应的温度，进而清除微粒；第三种是在柴油中添加催化剂，柴油燃烧后的废气中就会含有催化剂成分，催化剂可以使尾气中微粒的起燃温度降低至300℃左右，在发动机工作的大部分工况中都可以工作，对微粒捕集器内的微粒进行氧化清除。
1.3氮氧化物还原催化器
氮氧化物催化器是柴油机为后处理系统的核心，并且对柴油机进行氮氧化物的还原要比在汽油机上面的难度高，找原因主要有以下两个方面：第一、因为柴油机是质调节方式，喷入气缸的为稀混合气，燃烧后的排气中氧含量相对较高，所以在氧化氛围内对氮氧化物的还原就比较困难；第二、还原催化剂的工作温度比氧化催化剂的工作温度要高，但是，柴油机的排气温度明显低于汽油机。
目前，柴油机氮氧化物的还原方法主要有六中方法，分别是选择性非催化还原、选择性催化还原、非选择性催化还原、吸附还原、NOX直接分解技术以及等离子体放电技术。在这几种氮氧化物还原方法中应用最为广泛的就是以尿素为还原剂的选择性催化还原技术。下面就简单介绍一下尿素-SCR催化剂。
（1）尿素-SCR催化剂
尿素-SCR催化剂以尿素为还原剂，V2O5为催化剂对氮氧化物进行选择性还原。参与还原反应的物质实际上是NH3，主要的反应机理为：
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O（1）
2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O（2）
2NH3+NO+NO2=2N2+3H2O（3）
由于氮氧化物中有90%左右为NO，还原反应的主要途径为式（1），因此式（1）又被称为“标准SCR”反应；式（2）还原的主要是NO2，因此，式（2）也被称为“NO2-SCR”反应；在较低的温度下式（3）的反应速度最快，因此又被称作“快速SCR”反应。NOX还原反应选用V2O5为催化剂，该催化剂具有催化效率高、选择性好、反应温度窗口高以及抗硫中毒性能好等优点。
尿素-SCR催化剂对NOX转化率可以达到80%左右，反应温度较低，所选用的催化剂成本低，选择性好、催化效率高，尿素价格低廉，来源广对环境污染小。因此尿素-SCR催化剂被广泛应用到柴油车尾气后处理系统中。
2柴油机尾气后处理技术存在的不足
2.1氧化催化器
氧化催化器技术经过多年的发展已经非常成熟了，但是该技术仍旧存在一些不足，例如所选用的氧化催化剂为Pt、Pd等贵金属元素，成本较高，同时抗硫中毒能力相对较差，因此就需要进一步的研究和试验选择成本低廉、性能优异的其它氧化催化剂。
2.2微粒捕集器
尽管现在研发了微粒捕集器再生技术，但是微粒捕集器的使用寿命仍然对颗粒物的捕集有非常大的影响作用，并且颗粒物对人体和大气环境有非常大的危害，所以应该开发对颗粒物处理效果更好的技术方法。
2.3NOX还原催化器
尿素-SCR催化剂是目前使用最为广泛的NOX处理技术，但是尿素在工作过程中存在以下不足：在排气温度低于300℃时反应活性显著降低；在环境温度低于-11℃时尿素水会出现冻结现象，需要添加额外的尿素箱保温装置；同时，在喷嘴处经常会出现尿素结晶析出等问题。
3 结论
本文分析了目前国内外在柴油机尾气后处理方面的技术现状，并总结了现有技术所存在的不足之处，今后，在尾气后处理技术研究方面应该着手解决这些问题，提高尾气后处理技术水平，减少汽车尾气有害物的排放，是汽车排放能够满足国家排放法规的标准。
参考文献
[1]王建昕，帅石金.汽车发动机原理.北京：清华大学出版社，2011.3
[2]岑可发，姚强，骆仲泱，高翔.燃烧理论与污染控制.北京：机械工业出版社，2008
[3]王建昕，傅立新，黎维彬.汽车排气污染治理及催化转化器.北京：化学工业出版社，2000
作者简介
彭明国（1993.04-），河南洛阳人，硕士研究生在读，现就读于山东建筑大学机电工程学院，研究方向为：发动机燃烧及排放过程控制