【正文】 行了階段性的強(qiáng)化。 日本 1997 年開始長(zhǎng)期管制，2021 年實(shí)施了新長(zhǎng)期管制規(guī)定。國(guó)家環(huán)?？偩终揭?guī)定，中國(guó)達(dá)歐洲 IV、 V 階段排放標(biāo)準(zhǔn)分別于 2021 年和2021 年的 1 月 1 日開 始執(zhí)行。 3. 對(duì)使用中車輛尾氣對(duì)策的必要性 新車的管制強(qiáng)化，對(duì)于大氣污染的改善效果也只能通過(guò)重新購(gòu)買新車的方式漸漸地體現(xiàn)出來(lái)。 要解決嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題，不但要考慮對(duì)新車的對(duì)策，也要考慮對(duì)使用車輛的對(duì)策。在機(jī)內(nèi)凈化方面，多采用高壓共軌技術(shù)、電控技術(shù)、燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化、噴射正時(shí)優(yōu)化、增壓、減少機(jī)油消耗、排氣再循環(huán)等。最近的研究結(jié)果表明，采用上述方法只能改變微粒的質(zhì)量排放量，不柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 5 能改變其微粒的數(shù)量，而且使微粒變得更細(xì)，增加了危害性。對(duì)于在用車的碳煙微粒排放控制，后處理技術(shù)尤為重要。具有代表性的企業(yè) 美國(guó)的康寧公司生產(chǎn)的后處理排放裝置，從 1993 年至今，在歐美市場(chǎng)已經(jīng)投放了150 萬(wàn)個(gè)。近來(lái)，美國(guó)和歐洲正在應(yīng)用的連續(xù)再生過(guò)濾器 (CRT－Continuous Regenerating Trap)雖然能夠較好地解決再生問(wèn)題，但其需要車輛燃用低硫柴油 (含硫量不大于 50ppm)，這一點(diǎn)不太適合中國(guó)目前的國(guó)情。但其需要車輛燃用低硫柴油 (含硫量不大于 50ppm)，這一點(diǎn)不 太適合中國(guó)目前的國(guó)情?？墒刮⒘Ｖ械?SOF降低 90％左右，從而使得微?？偱欧帕肯鄳?yīng)地降低 25～ 50％。其缺點(diǎn)在于它可能導(dǎo)致硫酸鹽排放的增加。否則，硫酸鹽的增加有可能平衡可溶有機(jī)物 (SOF)的減少，甚至使總微粒排放增加。對(duì)于中國(guó)的目前柴油中的含硫量確定了該技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用存在很大的障礙。 中國(guó)國(guó)內(nèi)在這方面的研究工作。 日本廣島精研工業(yè)株式會(huì)社依靠自己的專利技術(shù)，最近推出了一種新型的柴油機(jī)尾氣凈化裝置， 該裝置的技術(shù)特點(diǎn)： （ 1） 該產(chǎn)品采用 厚度的不銹鋼箔，經(jīng)過(guò)精密特型沖壓制成濾芯，可以完全取代目前通常采用的蜂窩陶瓷濾芯，使得生產(chǎn)出來(lái)的碳煙顆粒采集、氧化催化裝置，其流通性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷過(guò)濾器，不會(huì)對(duì)背壓產(chǎn)生大的影 響。 （ 2） 該產(chǎn)品是通過(guò)該公司開發(fā)的納米粒子催化劑，經(jīng)過(guò)超微加工到金屬表面，氧化觸媒能夠高效促進(jìn) PM 的燃燒，不會(huì)像陶瓷過(guò)濾器容易產(chǎn)生微粒堵塞等問(wèn)題，對(duì) PM 的凈化率可達(dá) 90%以上。 根據(jù)日本國(guó)土交通省行駛規(guī)定，對(duì)在用車輛（五十菱 4 噸車： 1994 年管制車）進(jìn)行了試驗(yàn)，該車安裝了該裝置，行駛 1 萬(wàn)公里后也達(dá)到了 93%以上的 PM觸媒燃燒。 該碳煙顆粒凈化裝置在日本獲得的 4 項(xiàng)專利 ? 【日本專利（ DPC 項(xiàng)目）】 １．環(huán)境浄化 的一種新型系統(tǒng) （特願(yuàn) 202172750） ２．金屬超微粒子的製造以及製造裝置 （特願(yuàn) 202175770） ３．微粒子除去裝置 （特願(yuàn) 2021129860） ４．流體 的 浄化裝置 （特願(yuàn) 202171613） 柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 7 第二章 柴油機(jī)微粒排放的污染 1. 柴油機(jī)顆粒物形成機(jī)理及危害 形成機(jī)理 柴油機(jī)顆粒排放物是一個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的組成。各成分在微粒中所占的比例會(huì)隨 著發(fā)動(dòng)機(jī)的工況特征、技術(shù)水平和燃油品質(zhì)等因素的不同而發(fā)生變化 。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，外界空氣溫度、壓力、濕度、燃料、工況等都會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成。由 于硫酸鹽含量相對(duì)較少，一般稱之為碳煙（ DS即 drysoot）。 1976年美國(guó)環(huán)保局提出的 129種 “ 優(yōu)先污染物 ” 中，多環(huán)芳烴類化合物有 16種。目前許多學(xué)者對(duì)大氣環(huán)境中不同粒徑顆粒物的源解析、組分進(jìn)行了比較深入的研究，并調(diào)查顯示機(jī)動(dòng)車尾氣排放、汽車揚(yáng)塵是 的重要來(lái)源，因此嚴(yán)格控制柴油機(jī)污染物的排放已成當(dāng)務(wù)之急。機(jī)動(dòng)車排放的歐洲法 規(guī)（指令）標(biāo)準(zhǔn) 1992年前已實(shí)施若干階段，歐洲從 1992年起開始實(shí)施歐 Ⅰ 、 1996年起開始實(shí)施歐 Ⅱ 、 2021年起開始實(shí)施歐 Ⅲ 、 2021年起開始實(shí)施歐 Ⅳ 。 3 柴油機(jī)顆粒物分析技術(shù) 柴油機(jī)排氣微粒研究的第一步是把 SOF從顆粒物中分離出來(lái)，測(cè)取 SOF和 DS的含量。在前人的研究中，從顆粒物中分離出 SOF基本都采取索氏萃取方法 。在顆粒物組分分析方面，氣相色譜，液相色譜，氣質(zhì)、液質(zhì)聯(lián)用等方法較為成熟， 為許多學(xué)者所應(yīng)用，除此之外，宋崇林等 采用了熱重分析發(fā)測(cè)定柴油機(jī)中有機(jī)可溶成分 SOF含量。國(guó)外對(duì)柴油機(jī)顆粒物組分的研究始于 20世紀(jì) 70年代初。 等初次利用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)測(cè)定了吸附在柴油機(jī)顆粒物上的有機(jī)物，被確定的碳?xì)浠衔镉?35種之多，其中 包括正構(gòu)烷烴、多環(huán)芳烴和酚醛類含氧化合物 。 用 GCFID對(duì)柴油機(jī) 排氣微粒中的含氧多環(huán)芳烴，硝基多環(huán)芳烴，鄰苯二甲酸酯進(jìn)行了定量分析 [14]。何元等采用電子顯微分析儀對(duì)柴油機(jī)排放顆粒物進(jìn)行觀測(cè)，得出固體物質(zhì)包 括粉塵顆粒、碳顆粒及金屬顆粒，并對(duì)其來(lái)源進(jìn)行了詳細(xì)分析。王桂華等在十三工況下采集排氣微粒，分析結(jié)果表明：微粒 SOF組分中 80%左右為正構(gòu)烷烴和支鏈烷烴，碳數(shù)為C9~C28，余下組分為多環(huán)芳烴及少量其它有機(jī)物；同一工況下，隨采樣溫度升高，微粒排放質(zhì)量流量、 SOF組分種類均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。結(jié)果表明，怠速及中低負(fù)荷工況下 SOF排放 量較低，隨著負(fù)荷上升排放量增加，在最大扭矩和標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況下達(dá)到最高。 等從輕型汽油車顆粒排放物中檢測(cè)出大量多環(huán)芳烴 [20]，其中以分子量為 300～374的 6～ 8環(huán)芳香烴居多，且研究顯示，某些多環(huán)芳烴異構(gòu)體比苯并 [a]芘具有更大的毒性。 ） ng/m3。 RuideAbrantes等利用逆流高效液相色譜法，檢測(cè)到輕型柴油車排氣顆粒中總多環(huán)芳烴值介于 ～ 。文章對(duì)比了各種提取和分析方法，用二氯甲烷作溶劑索式提取，再用高效液相色譜 法對(duì)熒蒽、苯并 [a]蒽、苯并 [b]熒蒽、苯并 [k]熒蒽、苯并 [a]芘、 二苯并 [a， h]蒽和苯并 [ghi]苝進(jìn)行定量分析。結(jié)果檢出 144種有機(jī)化合物及其同分異構(gòu)體， BaP含量為 11~27μg/g 。柴油機(jī)排氣微粒已被確定為人體致癌物質(zhì)，并與呼吸道過(guò)敏癥，心肺發(fā)病率和死亡率的增加密切相關(guān)，然而其致 突變性、致癌性分子機(jī)制仍然不是十分清楚。人體肺泡上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞是肺部的重要靶細(xì)胞，它們吞噬柴油機(jī)排氣微粒，增加促炎癥細(xì)胞因子的釋放。此外，還有報(bào)道指出柴油機(jī)顆粒物對(duì)生殖系統(tǒng)具有慢性毒性。大量的實(shí)驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)查顯示柴油機(jī)尾氣和人體器官病變并不是偶然的聯(lián)系，顆粒物的組分和癌癥的發(fā)生也有很好的理論上的解釋，但目前的研究結(jié)果還不能準(zhǔn)確地對(duì)柴油機(jī)尾氣的危險(xiǎn)度作出定量的評(píng)價(jià)，有許多不確定的因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)服力受到影響，研究方法還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。 目前，噴射系統(tǒng)已進(jìn)入一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，現(xiàn)正在研究開發(fā) lms 內(nèi)完成一次噴射，并在有限時(shí)間內(nèi)正確控制噴射量的方法。如共軌式噴射系統(tǒng)及分段預(yù)噴射系統(tǒng)等，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制合理的噴射 規(guī)律 和噴油壓力。在進(jìn)一步提高大負(fù)荷區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù) a 時(shí)可以減少顆粒排放，同時(shí)通過(guò)稀燃化，減少熱損失，提高循環(huán)效率，進(jìn)而同時(shí)降低油耗，隨著高增壓和高 a 化，組裝有多個(gè)增壓器的復(fù)合系統(tǒng)已成為可能。 目前，在小缸徑柴油機(jī)上 4 氣門和噴油嘴垂直中置技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，為了減少換氣損失，使混合氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)正在研究采用可變氣門配氣定時(shí)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的氣 門升程和定時(shí)得到最佳優(yōu)化。日美歐現(xiàn)都在對(duì)此進(jìn)行研究，日本有關(guān)大學(xué)、研究所和廠家正在對(duì)沸石鎂及氧化鋁的催化劑上用還原劑進(jìn)行 NO x 還原試驗(yàn)，美國(guó)福特等公司也正在對(duì)催化還原系統(tǒng) (SCR)及 DeNO x ，催化器兩種 NO x 還原系統(tǒng)進(jìn)行研究。還原反應(yīng)劑可以是在柴油機(jī)廢氣中的 HC 化合物或是由附加油箱直接噴入廢氣流中的物質(zhì)，如氨等。 DeNOx 催化技術(shù)主要是將 NOx 催化熱裂變?yōu)?N 2 和 O 2 ,目前的問(wèn)題是廢氣在催化器中停留時(shí)，催化器效率不高，因此帶來(lái)轉(zhuǎn)化還原效率也受到很大限制。 5. 改進(jìn)燃料 燃料性能的改進(jìn)，對(duì)減少排放起到很大作用，日本繼美歐之后，從 1997 年開 始把輕油中的硫含量降到 %以下，以此大幅度減少排放顆粒中的硫酸鹽，同時(shí)減少 EGR 造成的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的腐蝕磨耗及催化劑中毒；進(jìn)一步減少硫含量，提高十六烷值，可進(jìn)一步降低 NO x 。為了適應(yīng)低硫化及噴射壓力的大大增加，確保燃油噴射裝置的潤(rùn)滑性，人們對(duì)燃料的改進(jìn)開發(fā)寄予了很大期望。經(jīng)過(guò)多年的研究試驗(yàn)，目前公認(rèn)天然氣是 21 世紀(jì)的首選替代燃料。日本研究表明，天然氣汽車在環(huán)境保護(hù)、石油燃料替代及實(shí)用性等方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。正如人類本世紀(jì)初從固體燃料向液體燃料過(guò)渡一樣，如今已開始從液體燃料向氣體燃料過(guò)渡，從而將提高整個(gè)能源系統(tǒng)的效 率和清潔性。 DPF 的過(guò)濾機(jī)理主要包括：碰撞原理、截流原理、擴(kuò)散原理和重力沉降原理等。 結(jié)構(gòu) 試驗(yàn)所用的微粒捕集器 ,為 SiC壁流式微粒捕集器。該微粒捕集器有著較大的孔隙率和足夠大的孔隙 ,它既可以負(fù)載各種催化劑 ,也可以過(guò)濾、減少微粒的排放。試驗(yàn)所用 DPF由丹麥的 DNEX公司提供 ,濾芯材料為 SiC,與堇青石材料相比 ,孔徑更均 勻 ,并且具有流通性能好、過(guò)濾效率高、耐高溫 (超過(guò) 1600℃ )和通用性好等特點(diǎn)。其中 ,壁流式蜂窩陶瓷是目前綜合性能最好的過(guò)濾體 ,但國(guó)內(nèi)尚不能生產(chǎn) 。捕集器內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu) ,其兩端一邊是敞開 ,一邊是堵塞的通道壁 ,廢氣從敞開的一端進(jìn)入 ,穿越多孔的蜂窩壁 ,然后從相鄰的通道排出。 2. 過(guò)濾材料 DPF對(duì)過(guò)濾材料的要求有以下幾個(gè)主要方面：高的微粒過(guò)濾 效率、低的排氣流動(dòng)阻力、高的耐溫性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性能和良好的抗震性。因此，選擇過(guò)濾材料要綜合考慮兩方面的性能。目前柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 14 國(guó)內(nèi)外常用的過(guò)濾材料主要有壁流式蜂窩陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷纖維和金屬絲網(wǎng)等。各種過(guò)濾材料的過(guò)濾效率見(jiàn)表 1。目前，世界上最大的兩個(gè)廠家 —— 美國(guó)康寧公司和日本的 NGK公司生產(chǎn)的壁流式蜂窩陶瓷分 別占世界市場(chǎng)的 50％和 40％。 流入蜂窩陶瓷 入 口截面的排氣必須經(jīng)過(guò)內(nèi)部多孔薄壁到相鄰的通道流出。可見(jiàn)蜂窩陶瓷多孔薄壁孔的幾何尺寸、孔分布的均勻性及排氣顆粒物的粒徑是影響過(guò)濾器捕集效率的要素。其主要缺點(diǎn)是過(guò)濾體的制造工藝復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)還不具備生產(chǎn)能力 。另外，微粒在蜂窩內(nèi)成板狀結(jié)構(gòu)，不利于著火燃燒。它是將陶瓷原料配制成泥漿，并在聚酯或聚醚泡沫塑料內(nèi)浸漬成型，最后經(jīng)燒制而成的。每個(gè)氣室通過(guò)窗口與多個(gè)鄰室相連，在過(guò)濾體內(nèi)形成許多曲折的通道 [10]。可見(jiàn)蜂窩陶瓷多孔薄壁孔的幾何尺寸、孔分布的均勻性及排氣顆粒物的粒徑是影響過(guò)濾器捕集效率的要素。其主要缺點(diǎn)是過(guò)濾體的 制造工藝復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)還不具備生產(chǎn)能力 泡沫陶瓷 柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 15 通道時(shí)，由于氣流不斷改變方向，微粒由于慣性碰撞攔截、擴(kuò)散攔截和幾何攔截等多種作用而 沉積于過(guò)濾體內(nèi)部。 b．隨著流速的提高，微粒的慣性碰撞捕集效率逐漸降低。