汽車(chē)排放法規(guī)及技術(shù)路線

中國(guó)目錄排氣污染物種類(lèi)及危害國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)排氣技術(shù)路線NOx與PM關(guān)系排氣污染物種類(lèi)及危害汽車(chē)排放污染物與內(nèi)燃機(jī)總類(lèi)及運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān)。

汽油機(jī)CO和HC排放比柴油機(jī)更多，Nox持平，而PM那么少一個(gè)數(shù)量級(jí)柴油機(jī)排氣管尾氣COHCNOxPM2排氣污染物種類(lèi)及危害不同工況下排氣污染物的濃度排放污染物種類(lèi)及危害CO是無(wú)色無(wú)刺激性氣體。對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，CO產(chǎn)生原因是由于空氣缺乏，部分缺氧，造成燃燒不充分。CO有毒，在含量到達(dá)10ppm時(shí)，人就會(huì)慢性中毒，貧血、心臟及呼吸道惡化；含量到達(dá)120ppm時(shí)，人在1小時(shí)內(nèi)就會(huì)中毒，含量越高，越會(huì)造成人員中毒死亡。HC是由于燃料不完全燃燒和部分被分解造成的。HC化合物中的環(huán)芳烴是很強(qiáng)的致癌物質(zhì)；甲醛和丙烯醛等醛類(lèi)物質(zhì)刺激眼睛及呼吸器官，同HC一起引起光化學(xué)煙霧。HC吸入人體后會(huì)破壞造血機(jī)能，造成貧血、神經(jīng)衰弱等，同時(shí)也會(huì)致癌。4排放污染物種類(lèi)及危害Nox中的NO2是褐色的有刺激性臭味的氣體，是在高溫富氧的狀況下產(chǎn)生的。NO2會(huì)造成血液中血紅蛋白變性，易于HC在陽(yáng)光紫外線的作用下，產(chǎn)生素性很大的光化學(xué)煙，濃度到達(dá)，連續(xù)3個(gè)月以上患支氣管炎部位有肺氣腫出現(xiàn)；到達(dá)1ppm以上就會(huì)聞到臭味；含量越高，對(duì)人類(lèi)及動(dòng)植物危害越大；含量在100-150ppm時(shí)，人在30min左右就會(huì)因肺水腫而死亡。

5排放污染物種類(lèi)及危害

PM顆粒物由原始微粒和二次微粒組成，包括鉛化物、碳煙、油霧等。鉛化物：使人貧血、牙齒變黑、神經(jīng)麻木，已引發(fā)血管病、腦溢血和慢性腎炎等疾病。碳煙：極小的顆?！病秤兄掳┳饔?，會(huì)導(dǎo)致慢性病、肺氣腫、皮膚病及變態(tài)性疾病。

6排放污染物種類(lèi)及危害

有害排放物產(chǎn)生原因控制措施CO1、CH燃料的不完全燃燒；2、燃燒過(guò)程中高溫?zé)岱纸猓?、氧氣不足，燃燒溫度過(guò)低；4、燃燒室容積過(guò)小而使燃燒滯留時(shí)間不充分；空氣和燃料混合不充分等）促進(jìn)混合氣的形成，有效控制燃燒溫度HC1、燃燒不完全；2、燃料供給系統(tǒng)泄漏；3、燃燒室內(nèi)的氧氣量不足，燃燒室壁面溫度過(guò)低；4、混合氣形成不充分1、采用C含量少的代用燃料；2、采用電控技術(shù)改善燃燒；NOx1、混合氣氧氣含量過(guò)高2、燃燒溫度過(guò)高1、降低混合氣中氧的濃度；2、降低燃燒溫度；3、改善混合氣的形成；PM燃料的燃燒狀態(tài)1、提高火焰溫度；2、控制混合氣濃度；3、提高噴射速率或進(jìn)行高壓噴射，促進(jìn)噴霧的微?；?；4、改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)，有效組織燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)7國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)一：排放法規(guī)的開(kāi)展早在20世紀(jì)40年代中期，由于洛杉磯市出現(xiàn)嚴(yán)重的石油型空氣污染——光化學(xué)煙霧．促使加利福尼亞州成為世界上第一個(gè)施行控制汽車(chē)排放法規(guī)的地區(qū)，也使美國(guó)成為世界上最早認(rèn)識(shí)到汽車(chē)排放對(duì)環(huán)境危害的國(guó)家，從20世紀(jì)60年代中開(kāi)始施行汽車(chē)排放控制法規(guī)。l970、1972年開(kāi)始實(shí)行歐洲統(tǒng)一的工況試驗(yàn)法。

8國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)第一階段：1960年美國(guó)加利福尼亞州政府正式立法汽車(chē)排氣污染物，1963年公布限制汽車(chē)排放的新法規(guī)；1970年美國(guó)聯(lián)邦又通過(guò)了環(huán)境保護(hù)法案，嚴(yán)格了汽車(chē)排放CO及的標(biāo)，1973年又對(duì)NOx提出了限制標(biāo)準(zhǔn)。歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)于1970年公布施行第一排放法規(guī)，控制輕型汽油車(chē)排氣污染物和曲軸箱物排放，以后限值每3-4年修訂加嚴(yán)一次；1975年前規(guī)定只限制CO和HC排放量；1976年起，增加了對(duì)NOx的限值，從1975年開(kāi)始施行整套ECE規(guī)。9國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)第二階段：20世紀(jì)70年代以后，世界上各大汽車(chē)消費(fèi)國(guó)相繼公布了汽車(chē)排放控制標(biāo)準(zhǔn)，以歐洲和美國(guó)及日本為代表，并逐漸形成三個(gè)排放法規(guī)體系。歐洲在1972年起施行ECE15/03標(biāo)準(zhǔn)，20世紀(jì)80年代中期加嚴(yán)到ECE15/04，20世紀(jì)90年代初歐洲公布了輕型車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)及第一階段重型車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱(chēng)歐I標(biāo)準(zhǔn))，20世紀(jì)90年代中期施行了加嚴(yán)的輕型車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)及第二階段重型車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱(chēng)歐I標(biāo)準(zhǔn)〕。10國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)第三階段20世紀(jì)90年代初，美國(guó)加州政府根據(jù)其自己的環(huán)保目的，制訂了一套更為嚴(yán)格的車(chē)輛排放標(biāo)準(zhǔn)—低排放車(chē)輛法規(guī)。該法規(guī)將輕型車(chē)分為過(guò)渡低排放車(chē)輛(TLEV)、低排放車(chē)輛(LEV)、超低排放車(chē)輛(ULEV)和零排放車(chē)輛(ZEV)。歐盟在20世紀(jì)90年代開(kāi)始施行了更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，對(duì)汽車(chē)廢氣排放的限制越來(lái)越嚴(yán)格，相繼制定施行了歐洲I號(hào)、歐洲Ⅱ號(hào)、歐洲Ⅲ號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、歐Ⅳ和歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)及歐Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)從８0年代開(kāi)始著手制定排放法規(guī)，２0世紀(jì)末，參照歐盟排放法規(guī)，制定自己的排放法規(guī)?，F(xiàn)已根本推行國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)。11國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)二：常見(jiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)排放標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)加州標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)歐洲日本中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地方標(biāo)準(zhǔn)12國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)美國(guó)現(xiàn)行汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)：〔1〕美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)〔2〕加州標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)限值與加州標(biāo)準(zhǔn)比照：13國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)加州LEV標(biāo)準(zhǔn)限值14國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)歐洲：2021年9月1日起對(duì)新車(chē)型式認(rèn)證實(shí)行歐5a標(biāo)準(zhǔn)，2021年1月1日起對(duì)所有新注冊(cè)的車(chē)輛實(shí)行歐5a標(biāo)準(zhǔn)。歐5b的施行日期相應(yīng)推延兩年。自2021年9月1日起對(duì)新車(chē)型式認(rèn)證實(shí)行歐6b標(biāo)準(zhǔn)，2021年9月1日起對(duì)所有新注冊(cè)的車(chē)輛實(shí)行歐6b標(biāo)準(zhǔn)。N1(II,III)和N2類(lèi)車(chē)，歐5/6標(biāo)準(zhǔn)的施行日期相應(yīng)推延1年15國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)排放限值注：PI=點(diǎn)燃式CI=壓燃式1)應(yīng)在的限值施行之前引入修訂后的測(cè)量程序2)應(yīng)在該限值施行之前引入新的測(cè)量程序3)點(diǎn)燃式PM質(zhì)量限值僅適用于裝直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛16國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)歐Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)排放限值注：PI=點(diǎn)燃式CI=壓燃式(4)數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)在2021年9月1日之前制定5)應(yīng)在該限值施行之前引入新的測(cè)量程序。17國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)日本排放法規(guī)自成一體，測(cè)試循環(huán)、計(jì)算方法、耐久性要求、分類(lèi)方法等和歐美不同。日本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)排放限值18國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)中國(guó)排放法規(guī)：中國(guó)從８0年代開(kāi)始著手制定排放法規(guī)，２0世紀(jì)末，參照歐盟排放法規(guī)，制定自己的排放法規(guī)。GB17691-2001?車(chē)用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物限值及測(cè)量方法?19國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)GB17691-2005?車(chē)用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法〔中國(guó)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段〕?20國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)GB1835.3-2005?輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法〔中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段〕?21國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)GB1835.3-2021?輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法〔中國(guó)Ⅴ階段〕?22國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)GB14762-2021?重型車(chē)用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法〔中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段〕?23國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)地方標(biāo)準(zhǔn)：DB11/946-2021?輕型汽車(chē)〔點(diǎn)燃式〕污染物排放限值及測(cè)量方法〔北京Ⅴ階段〕?24排氣系統(tǒng)技術(shù)道路柴油機(jī)尾氣凈化難度：〔1〕四種需要處理的污染物：HC、CO、NOx、PM；〔2〕復(fù)原劑HC和CO偏少，既不利于NOx的復(fù)原，也不利于尾氣溫度的提升，復(fù)原Nox還需要添加其他的復(fù)原劑；〔3〕尾氣溫度低，造成三個(gè)困難：NOx處理困難、PM凈化困難、DPF和催化劑的硫酸鹽堵塞問(wèn)題；〔4〕排氣中氧氣過(guò)量，6-15%，NOx復(fù)原困難。2021年國(guó)家強(qiáng)迫實(shí)行國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)，為了到達(dá)國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)，排氣系統(tǒng)技術(shù)道路必須晉級(jí)?，F(xiàn)重點(diǎn)介紹柴油機(jī)排氣系統(tǒng)技術(shù)道路。相對(duì)于國(guó)三排放限值，國(guó)四國(guó)五排放限值降低，原先技術(shù)道路難以到達(dá)要求25排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

目前國(guó)內(nèi)排放標(biāo)準(zhǔn)從國(guó)三過(guò)渡到國(guó)四，排氣標(biāo)準(zhǔn)限值降低。目前技術(shù)方案有：技術(shù)方案機(jī)前處理改進(jìn)燃油品質(zhì)，降低硫含量降低PM（微粒）等的排放機(jī)內(nèi)凈化優(yōu)化燃燒，改善進(jìn)氣以及采用電控噴射減少NOx和PM等的生成排氣后處理采用各種過(guò)濾凈化裝置或催化轉(zhuǎn)化器對(duì)排氣進(jìn)行處理26排氣系統(tǒng)技術(shù)道路從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)看出對(duì)排氣污染物的限值越來(lái)越嚴(yán)格，為了能到達(dá)這一要求，現(xiàn)階段排氣后處理常用的排氣系統(tǒng)技術(shù)道路：技術(shù)路線EGR+DOC+POCEGR+DOC+DPFSCR27排氣系統(tǒng)技術(shù)道路EGR：冷卻型廢氣再循環(huán)〔ExhaustGasRecirculation〕采用冷卻EGR技術(shù)，通過(guò)電控EGR閥，定時(shí)定量地將廢氣引入到進(jìn)氣管，與新穎空氣混合進(jìn)入燃燒室參與燃燒，降低氣缸充量的含氧量，延緩燃燒過(guò)程，降低燃燒速度，從而使燃燒室中的壓力形成過(guò)程變慢，因此NOx生成的主要條件〔高氧、高溫高壓〕減弱，降低了NOx排放。另外，進(jìn)步廢氣再循環(huán)率會(huì)使總的廢氣排出流量減少，因此廢氣排放中的總污染物輸出將會(huì)相對(duì)減少。作用：〔1〕降低Nox的排放；〔2〕相對(duì)降低總污染物的輸出。28排氣系統(tǒng)技術(shù)道路DOC：柴油催化氧化器〔DieselOxidationCatalyst〕DOC是一種氧化催化后處理裝置，該裝置以多孔載體作廢氣通道，多數(shù)DOC以貴金屬為涂層作為氧化催化劑，可降低尾氣中不完全燃燒物發(fā)生化學(xué)反響的溫度，通過(guò)DOC后，廢氣中90%的SOF、HC以及CO便可轉(zhuǎn)化為H2O和CO2，同時(shí)部分C顆粒也可在貴金屬催化下與尾氣中的氧反響生成CO2，這樣就可大幅度地減少發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的不完全燃燒物。此外在DOC作用下還將部分NO氧化成NO2，為后續(xù)的POC的再生提供了有利條件。作用：〔1〕有效降低HC和CO；〔2〕去除PM中的SOF、VOF；〔3〕降低PM的效率可達(dá)10-30%。29排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

POC：顆粒催化氧化器〔ParticleOxidationCatalyst〕POC是一種全新的柴油機(jī)后處理設(shè)計(jì)理念，其構(gòu)造是使廢氣通過(guò)一個(gè)特殊構(gòu)造數(shù)據(jù)的通道，工作原理上最大程度地防止了高硫含量環(huán)境對(duì)催化器的不利影響；POC將顆粒物中的碳顆粒吸附在外表，利用前級(jí)DOC氧化生成的NO2，去催化POC外表捕集的碳顆粒，以此恢復(fù)POC的捕集功能，廢氣通過(guò)POC后，有40%-60%左右的C顆粒被吸附掉。POC的功能：降低PM的排放，過(guò)濾效率50%作用：〔1〕降低PM的效率可達(dá)30-80%；〔2〕沒(méi)有明顯的排氣背壓升高。30排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

DPF：柴油顆粒過(guò)濾捕捉器〔DieselParticleFilter〕DPF工作原理是排氣通過(guò)時(shí)微粒經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、截流、慣性碰撞和重力沉降等原理被過(guò)濾體捕集。隨著工作時(shí)間的增加，過(guò)濾體內(nèi)堆積的微粒增多，發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓上升，會(huì)影響柴油機(jī)的正常工作，需用燃燒等方法將這些微粒除去，即過(guò)濾體的再生。作用：〔1〕減少HC排放；〔2〕減少CO排放；〔3〕降低PM排放的效率最高可達(dá)90%

31排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

SCR：選擇性催化復(fù)原器〔SelectiveCatalyticReduction〕SCR工作原理是將復(fù)原劑噴入排氣管，排氣中的氮氧化合物在催化器的作用下與復(fù)原劑反響被復(fù)原成氮?dú)夂退?，SCR系統(tǒng)目前采用的復(fù)原劑是尿素。尿素NH2CONH2加H2O后在高溫下分解成NH3和CO2；NH3和排氣中的NO和NO2反響產(chǎn)生氮?dú)夂退?。化學(xué)方程式：1〕NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2；2〕NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O；3〕4NO+O2+4NH3=4N2+6H2O；4〕2NO2+O2+4NH3=3N2+6H2O作用：降低NOx30%以上32排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

路線名稱(chēng)作用優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)EGR冷卻型廢氣再循環(huán)（1）可降低NOx排放

（2）降低總污染物排放1.能有效降低NOx2.相對(duì)SCR成本低1.燃油油耗較高2.發(fā)動(dòng)機(jī)爆壓高3.冷卻系散熱增加4.對(duì)噴油壓力要求高DOC柴油催化氧化器（1）有效降低HC和CO；（2）去除PM中的SOF、VOF；（3）降低PM的效率可達(dá)10-30%。1.無(wú)需ECU2.系統(tǒng)簡(jiǎn)單,成本低3.排氣背壓低1.轉(zhuǎn)換效率最低2.燃油含硫量350ppm下3.對(duì)噴油壓力要求最高POC顆粒催化氧化器（1）降低PM的效率可達(dá)30-80%；（2）沒(méi)有明顯的排氣背壓升高。1.無(wú)需ECU控制2.系統(tǒng)簡(jiǎn)單,成本較低3.不產(chǎn)生排氣阻塞(連續(xù)被動(dòng)再生)1.轉(zhuǎn)換效率一般2.燃油含硫量350ppm下3.對(duì)噴油壓力要求高DPF柴油顆粒過(guò)濾捕捉器（1）減少HC排放；（2）減少CO排放；（3）降低PM排放的效率最高可達(dá)90%1.PM凈化效率最高2.系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單3.相對(duì)SCR成本較低1.排氣阻力較大2.需要再生技術(shù)配合3.要求硫含量50ppm以下SCR選擇性催化還原器降低NOx30%以上1.NOx轉(zhuǎn)化效率最高2.降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗3.允許燃油硫含量350ppm4.對(duì)噴油壓力要求較低5.對(duì)整車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)無(wú)額外負(fù)擔(dān)1.系統(tǒng)成本高2.OBD需要NOx傳感器3.需要添加尿素溶液33排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

〔1〕EGR+DOC+POC：冷卻廢氣再循環(huán)+柴油催化氧化器+顆粒氧化催化器通過(guò)EGR降低NOx的排放量，同時(shí)PM會(huì)有一定的增加，增加的PM經(jīng)過(guò)DOC+POC處理睬降低，從而到達(dá)降低NOx和PM的目的。因POC后處理系統(tǒng)不存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)，本錢(qián)更低。因此，相比較于DPF，國(guó)內(nèi)較傾向POC。。34排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

EGR+DOC+POC的優(yōu)點(diǎn)：低本錢(qián)；不受根底設(shè)施和地域限制；不需加注尿素，不需主動(dòng)再生；裝車(chē)尺寸小，POC可與消聲器集成；后處理系統(tǒng)重量輕；標(biāo)定相對(duì)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)周期短。35排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

EGR+DOC+POC的缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)需增加控制器、冷卻器等零部件，構(gòu)造較復(fù)雜；燃油經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，需標(biāo)定優(yōu)化；對(duì)燃油的硫含量相對(duì)敏感；較高發(fā)熱量，限制最高功率；POC失效，使顆粒在POC中累積到一定程度，導(dǎo)致集中排出，形成黑煙的問(wèn)題；降低PM排放才能差于DPF。36排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

〔2〕EGR+DOC+DPF:冷卻廢氣再循環(huán)+柴油催化氧化器+顆粒過(guò)濾捕捉器通過(guò)EGR降低NOx的排放量，同時(shí)PM會(huì)有一定的增加，增加的PM經(jīng)過(guò)DOC+DPF處理睬降低，從而到達(dá)降低Nox和PM的目的。DPF通過(guò)采用微孔吸附性材料對(duì)廢氣中的微粒進(jìn)展過(guò)濾，到達(dá)降低PM的目的。但DPF會(huì)被堵塞，要考慮再生問(wèn)題。由于國(guó)內(nèi)再生技術(shù)不成熟，且控制策略復(fù)雜，對(duì)硫非常敏感，本錢(qián)較高，在商用車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用不廣泛，因此國(guó)內(nèi)很少用DPF，歐洲普遍運(yùn)用。37排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

EGR+DOC+DPF的優(yōu)點(diǎn)：PM高轉(zhuǎn)化效率；催化器體積小，整車(chē)易布置；重量輕，可增加有效負(fù)載；排放控制無(wú)需新建根底設(shè)施。EGR+DOC+DPF的缺點(diǎn)：過(guò)濾體需要再生；高發(fā)熱量，需加大冷卻系統(tǒng)；對(duì)燃油的硫含量相對(duì)敏感；燃油經(jīng)濟(jì)性相比SCR降低38排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

〔3〕優(yōu)化燃燒+SCR首先通過(guò)噴射系統(tǒng)優(yōu)化、噴射定時(shí)提早以及增壓中冷等技術(shù)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒，把微粒物(PM)降到適當(dāng)?shù)某潭?，這樣會(huì)導(dǎo)致NOx排放的進(jìn)步；再利用SCR技術(shù)，將NOx轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害的N2和H2O，從而到達(dá)降低Nox和PM的目的。39排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

〔3〕優(yōu)化燃燒+SCRSCR系統(tǒng)關(guān)鍵五大部件:1尿素泵，2ECU，3噴嘴，4尿素箱，5SCR箱體1234540排氣系統(tǒng)技術(shù)道路

〔3〕優(yōu)化燃燒+SCR的優(yōu)點(diǎn)：