6.NOx控制技术
稀薄燃烧是指发动机在空燃比大于1的偏稀工况下工作,能有效降低COX的排放和减少燃油消耗。为满足更严格的油耗法规,稀薄燃烧汽油机的应用日益广泛。由于发动机运转在偏稀条件下燃烧十分充分,HC和CO的排放很少,但NOx的排放量大。NOx是酸雨的主要成分之一,会刺激呼吸系统,生成光化学烟雾。随着稀燃直喷汽油发动机(Lean GDI)以及柴油发动机在乘用车上的广泛使用,对NOx控制日趋严格。
N Ox捕获催化剂(简称LNT)是轻型车控制闪Ox排放的有效手段之一。在稀燃条件下,一种典型的做法是在发动机紧藕合位置布置一个氧化型或一个三元催化剂来加速NO转化为NO2的效率,NO2进入LNT后会与催化剂反应生成硝酸盐存贮下来。发动机稀燃运行工况下,这种材料能够形成足够稳定的硝酸盐,由强碱、碱土金属和其他稀土族元素构成。当介质达到最大存贮容量后,需要再生过程来恢复NOx存储能力。碱金属和碱土金属元素化合物都与硫有非常强的亲和力,如果燃油中有硫,LNT将不可避免地与硫发生反应且性能不可恢复,造成LNT吸收能力和转化效率下降。
还原时发动机运行在偏浓状态,LNT存贮的NOx在偏浓氛围中会被释放出来。偏浓运行过程时间极短,可通过调整发动机进气节流、EGR、推退喷油点火角等实现。释放出的NOx会与CO在锗催化剂复合涂层催化下发生还原反应被还原成N2,该过程与三元催化剂发生的反应相同。
对于排量在2.0~2.5 L的发动机,LNT催化剂更适用。同时,混动发动机能够减少低负荷时NOx的排放,使LNT只用于处理高温时的NOx排放(大于350℃)。改进型LNT的配方改善了贵金属的分布,使用更低的成本达到更好地排放。
7.稀燃DeNOx催化剂
稀燃DeNOx催化剂,也称为HC-SCR催化剂,即使总体来说尾气是偏稀状态,催化剂也能够制造出一种偏浓的小环境,利用尾气中的HC来还原NOx为N2a HC可以是来自尾气中或者是喷入尾气中的,如向尾气中喷入少量燃油。这种催化剂不需要额外的还原剂(例如尿素),但是目前这套系统无法达到与SCR系统一样的转化效率。
一项研究评估了不同的柴油硫含量对DeNOx催化剂的性能影响。这个研究采用了两种不同硫含量的燃油,油品其它参数完全相同。当硫含量从49ppm(重量百分率,1 ppm=1μg/mL)降低到6ppm时,DeNOx催化剂对NOx的转化效率从14%增至26%。
最前沿的概念之一是把HC-trap和LNT结合起来。这种方法是把沸石基HC存储剂先涂敷在蜂窝载体上,然后把LNT材料涂在顶层。HC吸收剂能够减少冷启动时HC的排放并且能够吸收偏稀状态的HC#非放,在高温偏浓阶段,会形成H2和CO帮助LNT再生。
随着我国对大气污染防治的日益重视,机动车污染防治法规将持续升级。针对汽油车的尾气后处理系统已经做好了技术准备,将会随着法规的升级逐步投入使用。