主流技术路线之二——EGR+

　　EGR——废气再循环技术，能够有效降低发动机NOx排放，现已成为汽车发动机必不可少的排放控制措施之一。国外早在20世纪70年代就开始了EGR技术的研究，并率先在汽油机上应用，取得了很好的效果，90年代后EGR技术开始广泛应用于柴油机。我国目前对EGR技术的应用研究尚处于起步阶段。

　　EGR是一种通过降低缸内最高燃烧温度以及缸内混合气中O2的体积分数，破坏NOx的生成环境，从而降低NOx排放的技术。同时，应用EGR并不会使发动机的指示指标及HC、CO排放指标有太大的恶化。

　　1.应用EGR技术亟需解决的几个问题

　　(1)若EGR率控制不当，可能造成发动机HC和CO排放增加，燃油经济性恶化。低负荷时EGR将影响发动机工作稳定性，高负荷时EGR将影响发动机的动力性。

　　(2)由于缸内固体颗粒数量的剧增，EGR还可能造成发动机活塞环和气缸套等部件的磨损加剧，影响发动机的寿命。

　　(3)EGR废气温度过高，影响发动机的充气效率，若采用EGR冷却循环，会增加冷却系统和温度控制系统的复杂性。

　　(4)各缸EGR分配均匀性和瞬态响应性难以兼顾。

　　NOx是车用发动机废气排放中主要的污染物之一，危害极大，且不易控制。EGR技术是目前最有效实用的发动机机内控制措施之一，但也会给发动机带来一些不良的影响，如可能导致燃油消耗率和PM排放上升。因此，必须对各工况点的EGR率进行优化。

　　在欧美国家，EGR技术已是一种成熟的技术，在车用发动机上得到广泛应用。随着我国排放法规与世界逐步接轨，我国发动机企业应加快、加强对EGR技术的应用研究。

　　“EGR + ”路线的形成及发展

　　1.EGR需要后处理系统以降低PM排放

　　EGR可有效地降低NOx排放，但随着EGR率的增加，缸内较低的氧气浓度将会增加PM的排放，并使发动机的排气烟度增加，所以为达到欧Ⅳ及之后排放法规限值，除EGR率要精确控制外，同时还需配合使用PM后处理器，如柴油颗粒过滤器，又称柴油颗粒捕捉器(DPF)；颗粒氧化催化器(POC)；柴油氧化催化器(DOC)等。而这种“EGR+PM后处理器”的技术方案通常被统称为“EGR+”技术路线。

　　2.PM后处理器的种类

　　为了满足日益严格的PM排放法规要求，汽车制造商们开发出了柴油颗粒捕捉器(DPF)、颗粒氧化催化器(POC，又称为分流式过滤器)和柴油氧化催化器(DOC)等PM后处理技术。下面就这些技术分别进行介绍。

　　(1)柴油氧化催化器DOC(Diesel Oxidation Catalysts)

　　DOC可以降低PM排放25%~50%，降低HC和CO排放60%以上。

　　实际上，氧化催化器是最原始种类的自动催化器，从20世纪70年代中期开始用于汽油轿车上，直到被三效催化转化器所取代。时至今日，柴油氧化催化器(DOC)仍然是柴油发动机的一种重要PM减排技术，因为柴油机尾气中高的氧气含量无法使用三效催化转化器。氧化催化器将碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)转换成二氧化碳(CO2)和水，但是对氮氧化物(NOx)排放几乎没有影响。DOC也可以通过氧化吸附在碳颗粒上的碳氢化合物来降低柴油颗粒物PM排放的质量(但不是颗粒数量)。PM排放降低的程度主要由颗粒中可溶性有机物(Soluble Organic Fraction-SOF)(图3)的比例决定。去除这些SOF十分重要，因为颗粒排放中的这部分含有大量的有毒化学成分，专家担心这些毒物有损健康。

　　DOC里的载体孔道畅通，则尾气可以很顺畅地通过孔道。也出现过DOC孔道堵塞的特殊情况，但都与发动机工作不正常有关。在过去十几年里，世界各地许多车辆都安装了柴油氧化催化器，它被证明是柴油机PM减排的经济解决方案。

　　催化器的免维修性能以及发动机的寿命是重要的参考指标，对于实行柴油机翻新改造的国家尤为看重。在排气系统里安装柴油氧化催化器是非常容易而快捷的，车辆很快就能正常行驶。即使是一个小小的维修间都可以完成安装柴油氧化催化器的任务，而不需要借助其他特殊的工具或电动设备。通常，所需的安装时间和更换一个排气管所需时间差不多，甚至还要更短。

　　(2)柴油颗粒过滤器DPF(Diesel Particle Filter)

　　柴油颗粒过滤器DPF是一种陶瓷件，用来从发动机尾气中捕捉颗粒物质。在发动机尾气处在高温情况下，这些被捕捉的颗粒在颗粒过滤器中被燃烧掉，生成CO2排放到空气中。在发动机排气温度低的情况下，需要增加催化器来实现再生。

　　不过，DPF也潜伏着危险：一方面燃料中的硫会使颗粒过滤系统中毒失效；另一方面，废气中含有的灰分会逐渐地堵塞捕集器，增加排气背压，使油耗恶化。因此，有时在DPF的上游增加一个氧化催化转换器(DOC)，其基质用贵金属如白金涂层，就能够改进再生过程的效率，还将进一步降低HC的排放。在某些发动机上也有单独用DPF或DOC来转化PM的。

　　柴油颗粒过滤器DPF的分类有两种：一是按再生种类，通常分为主动再生过滤器和被动再生过滤器。被动再生DPF工作时不需要任何能量输入，只需要从发动机排出来的尾气所携带的热量即可。主动再生过滤器需要一个附加系统来往尾气中增加能量以便提高尾气温度。被动再生过滤器的应用成本低，但是应用范围较窄，而主动再生过滤器可以用于所有柴油机上。二是按有无催化分类，通常分为无催化型过滤器和有催化型过滤器，无催化型DPF一般需要采用主动再生技术，而有催化型DPF可以是被动再生，也可以是主动再生。目前市面上应用最多的主要有被动带催化型颗粒过滤器和主动无催化型颗粒过滤器两种。