中國汽車尾氣排放技術(shù)發(fā)展趨勢分析

隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，后處理技術(shù)的要求更加嚴(yán)格，我國國五之前柴油車排放限值較低，國六首次采用燃料中立原則，對柴油車與汽油車采用了相同的限值要求，因此柴油車升級難度高于汽油車。針對愈加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，尾氣后處理設(shè)備需升級加裝DPF，并需要疊加EGR、DOC、DPF、SCR、ASC等多個催化裝置。

國四升級國五屬于小幅提升標(biāo)準(zhǔn)，在國五汽油車排放標(biāo)準(zhǔn)下，CO、HC化合物排放標(biāo)準(zhǔn)與國四標(biāo)準(zhǔn)一致，NOx化合物由國四排放標(biāo)準(zhǔn)的0.08g/km加嚴(yán)到0.06g/km，缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機PM值限值為0.0045g/km。另外，國五排放標(biāo)準(zhǔn)中將非甲烷基碳?xì)浠衔铮∟MHC）單獨列了出來，并且限值為0.068g/km。

同時，排放合格里程數(shù)提升到16萬公里，相比較國四排放標(biāo)準(zhǔn)的10萬公里，提升了60%。國五柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)中，CO、HC化合物和NMHC排放標(biāo)準(zhǔn)依然和國四標(biāo)準(zhǔn)一致，氮氧化物NOx較國四標(biāo)準(zhǔn)下降28%。

我國國五以前柴油車排放限值較低，國六首次采用燃料中立原則，對汽柴油車采用了相同的限值要求，柴油車升級難度高于汽油車。對于汽油車，國6a限值相比國五除CO要求外基本一致，僅新增了對N2O和PN排放的要求，可以通過增加尾氣處理部件實現(xiàn)；對于柴油車，國6a限值相比國五顯著加嚴(yán)，尾氣處理則需要全面升級。而對于所有車型國6b相對于國6a的CO、PM、THC、NMHC以及NOx限值分別下降了30%、33%、50%、50%、42%。

排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，汽車尾氣后處理技術(shù)要求更為嚴(yán)格。目前控制汽車尾氣排放的主要措施包括機前措施、機內(nèi)措施和機后措施三種。機前措施是通過燃油添加劑減少有害成分以提升燃油品質(zhì)，機內(nèi)措施主要是改良發(fā)動機、提高燃燒效率以達到機內(nèi)凈化的效果。在幾近苛刻的國V排放法規(guī)面前，僅僅依靠機前措施和機內(nèi)措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且機前和機內(nèi)措施技術(shù)難度高，減排效果有限，必須使用汽車尾氣后處理技術(shù)來控制排放。

機后措施采用包括空氣噴射、氧化型反應(yīng)器、三效催化器等措施對排放尾氣進行凈化處理，是目前最主流也是最行之有效的尾氣處理方法。汽車尾氣催化器主要由催化劑載體、涂層、催化劑助劑、活性成分四大部分組成。尾氣催化系統(tǒng)的工藝路線發(fā)生變化，蜂窩陶瓷、沸石分子篩、貴金屬等用量均增加。

一、國六柴油機尾氣處理

柴油機污染物排放國四、國五標(biāo)準(zhǔn)主要針對NOx和PM。目前國際上柴油機尾氣污染治理（機外）主要技術(shù)路線是：SCR路線、DOC+DPF路線以及DOC+POC路線。國六排放標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物濃度六排放標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物濃度PM的要求更嚴(yán)格，尾氣后處理設(shè)備必須加裝DPF，針對其，針對其他指標(biāo)加嚴(yán)，必須改進噴射系統(tǒng)、他指標(biāo)加嚴(yán)，必須改進噴射系統(tǒng)、疊加EGR、DOC、DPF、SCR、ASC等多個催化裝置。

由于柴油排氣中含氧量較高，可通過氧化催化器進行處理，消耗微粒中的可溶性有機成分SOF來降低微粒排放，同時讓碳?xì)浠衔颒C和一氧化碳CO在催化劑作用下與氧氣結(jié)合，生成無害的二氧化碳和水。DOC一般以金屬或陶瓷作為催化劑的載體，涂層中主要活性成分是鉑系、鈀系等貴重金屬與稀有金屬。當(dāng)柴油機的尾氣通過催化劑時，HC（碳?xì)浠衔锘〤O（一氧化碳）等在較低的溫度下可以很快地與尾氣中的氧氣進行化學(xué)反應(yīng)，生成無污染的H2O和CO2，從而達到凈化尾氣中HC、CO的目的。DOC柴油機氧化催化器工作溫度在200～350℃，可以降低微粒中SOF達到40%～90%以上，降低微粒排放，也可使一氧化碳CO降低30%左右，碳?xì)浠衔颒C降低50%左右，此外同時可降低芳烴和醛類的排放，使得柴油機尾氣臭味減少。

選擇性催化還原劑采用氨類物質(zhì)（氨氣、氨水和尿素）或各種碳?xì)浠衔铮ú裼秃鸵掖迹?，催化劑采用一些金屬結(jié)合物或人造沸石等。其反應(yīng)原理是尿素在高溫作用下產(chǎn)生氨氣，然后氨氣與氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成水和氮氣。這個反應(yīng)需要向排氣中噴入柴油機排氣處理液（尿素溶液），排氣處理液由精準(zhǔn)的加料裝置噴射到催化器上游的排氣中，噴射的尿素溶液數(shù)量由發(fā)動機電腦進行控制。關(guān)鍵組件：尿素噴射控制系統(tǒng)、噴嘴、計量泵、尿素箱、催化劑等。

EGR廢氣再循環(huán)技術(shù)，減少氮氧化物的排放廢氣再循環(huán)技術(shù)，減少氮氧化物的排放。EGR是將柴油機或汽油機產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會延緩燃燒過程，也就是說燃燒速度將會放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過程放慢，這就是氮氧化合物會減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環(huán)率會使總的廢氣流量減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會相對減少。EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點都達到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成份最低。EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式EGR閥，數(shù)控式EGR閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨立地對再循環(huán)到發(fā)動機的廢氣量進行準(zhǔn)確的控制，而不管歧管真空度的大小。

從結(jié)構(gòu)上劃分，有內(nèi)部從結(jié)構(gòu)上劃分，有內(nèi)部EGR和外部EGR兩種系統(tǒng)，區(qū)別在于廢氣是否通過進氣系統(tǒng)兩種系統(tǒng)，區(qū)別在于廢氣是否通過進氣系統(tǒng)進入缸內(nèi)。內(nèi)部EGR技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，不需要外部設(shè)備，通常有兩種方法：廢氣殘余法以及廢氣再吸法。外部EGR技術(shù)是在排氣系統(tǒng)上接入廢氣再循環(huán)管路，將廢氣引出再導(dǎo)入到進氣系統(tǒng)中，讓廢氣在進入氣缸之前與新鮮空氣充分混合。外部EGR和內(nèi)部EGR相比，結(jié)構(gòu)上要復(fù)雜的多，通常帶有EGR閥，EGR冷卻器，還有一些特殊管路及附帶的控制單元，因此外部EGR可以實現(xiàn)對廢氣的諸多參數(shù)的精確控制，從而最大程度的實現(xiàn)EGR的作用。根據(jù)管路連接的不同，外部EGR包含多種技術(shù)路線，比如一體增壓式EGR系統(tǒng)、進氣節(jié)流式EGR系統(tǒng)等。

二、國六汽油機尾氣處理

國六汽油機尾氣后處理技術(shù)相對國五發(fā)生變化。汽油機尾氣排放的污染物主要為HC、CO和NOx，CO超過汽車排放總量的80％，HC超過70%。針對PM及PN控制技術(shù)：改進噴射系統(tǒng)、升級三元催化劑，新增顆粒捕集器（新增顆粒捕集器（GPF））。目前，我國主要使用三元催化器作為汽油機尾氣后處理系統(tǒng)。

三元催化器及其催化劑

大多為鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠、(Rn)等稀有金屬制成，價格昂貴。在上述三種有害氣體中，HC和CO的還原性比較強，而NOx有一定的氧化性。針對三種有害氣體的特性，在三元催化器中的催化劑的作用下，三種有害氣體可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使HC和CO氧化為H2O和CO2，使NOx還原為N2和O2。因此，三元催化器可同時凈化90%的CO、HC及70%的NOx。

氣體機尾氣后處理技術(shù)，采用不同催化劑配比可以更好處理污染物。氣體機按照混合氣中空氣與燃料之間的質(zhì)量比例，分為理論空燃比氣體機（每克氣體燃料完全燃燒對應(yīng)最少空氣質(zhì)量）以及稀薄燃燒氣體機（每克氣體燃料完全燃燒對應(yīng)的空氣質(zhì)量超過理論最小值）。上述兩類發(fā)動機尾氣中CO和PM的含量相近，而理論空燃比氣體機燃燒溫度較高，因此尾氣中NOx含量較高，HC含量較低；稀薄燃燒氣體機燃燒溫度較低，因此尾氣中NOx含量較低，HC含量較高。針對理論空燃比氣體機和稀薄燃燒氣體機尾氣中NOx和HC含量不同的情況，一般使用不同的催化劑配比，以更好地處理NOx和其他污染物。當(dāng)前氣體機三元催化環(huán)節(jié)使用的貴金屬價格較高，目前貴金屬價格處在高位，因而迫切需要降低貴金屬使用量，提升催化效率。

《2020-2026年中國