1、硕士学位论文（专业学位）不同后处理装置对柴油 公交车排放特性的影响研究姓 名： 学 号： 所在院系：汽车学院专业领域：动力工程指导教师： 二XX 年 X 月Study on the effects of different aftertreatment devices on the emission characteristics of a diesel busCandidate: Student Number: School/Department: Discipline: Major: Supervisor: 同济大学 硕士学位论文 摘要摘要机动车已成为城市大气污染的重要污染源。其中，满足国
2、 III 标准的柴油车无论从数量还是污染物排放量都占据重要的部分，对其进行减排改造具有很大的经济、环境和社会效益。后处理装置是控制机动车排放的有效途径。研究后处理装置对国 III 柴油车排放特性的具体影响，有助于分析后处理装置的作用效果，可以为城市及周边车辆污染物控制提供参考。本文以一辆国 III 柴油公交车为试验对象，在底盘测功机上对其安装不同后处理装置前后的排放进行检测，研究试验车辆运行中国城市公交车循环时原车、安装 DOC 后以及安装 DOC+CDPF 后常规气态物、颗粒物、有机组分的排放变化，分析不同工况下后处理装置的作用效果，探究试验循环中 DOC 的温升特性、DOC 和 CDPF
3、的压降特性，并就不同工况参数、排气参数、排气组分与后处理装置作用的关联性进行了讨论，结论如下：（1）DOC 和 DOC+CDPF 均能降低试验车辆 CO 和 THC 的排放，其中对 CO 的减排率分别为 22.46%和 34.41%，对 THC 减排率分别为 42.50%和 78.29%；不同片段下随着平均车速的升高，DOC 对 CO 的减排率升高而对 THC 的减排率下降，DOC+CDPF 对 CO 的减排率升高但对 THC 的减排率较为稳定，DOC+CDPF 的效果优于 DOC；两种后处理装置在怠速工况下作用均劣于其他工况。DOC 和 DOC+CDPF 对 NOx 的排放均无明显作用，但
4、DOC 后排气中 NO2/NOx 比例升高，而 DOC+CDPF 后该比例下降。DOC 和 DOC+CDPF 可以不同程度地降低尾气中 VOCs 的含量，并对其中各组分的碳数分布有一定影响。（2）DOC 和 DOC+CDPF 均能降低试验车辆颗粒物数量和质量的排放，其中对颗粒物数量 PN 的减排率分别为 39.14%和 99.58%，对颗粒物质量 PM 的减排率分别为 5.27%和 98.74%；DOC 对核膜态颗粒物的作用明显优于其对聚集态颗粒物的作用，而 DOC+CDPF 对全粒径段的颗粒物均有良好的减排效果。DOC和 DOC+CDPF 对颗粒物中碳质组分 OC/EC 有一定影响， DOC
5、+CDPF 后检测到的 EC 为零。安装两种后处理装置后颗粒中吸附的 PAHs 含量和毒性均有一定降低，其中 DOC+CDPF 的效果更为明显。（3）由于内部氧化反应放热，DOC 入口和出口会出现排气温度差，入口温度和温度差曲线均与试验车辆速度有一定相关性，而出口温度比速度存在一定延迟且曲线更为平缓，入口温度和出口温度对高速段的工况变化更为敏感。由于结构影响，DOC 和 DOC+CDPF 的 CDPF 出口处相比入口均存在一定压降，DOC 的压降出现在少数急加速工况，而 CDPF 在各工况下均有明显压降。对车辆行驶I同济大学 硕士学位论文 摘要工况参数、排气参数、排气组分浓度与后处理装置作用效
6、果的灰色关联性分析显示，排气温度、排气流量、排气中 THC 浓度是影响后处理装置减排效果和前后温度差、压力差的重要因素，除此外 DOC 前后温度差还与 DOC 对 THC 和 CO 的减排率表现出较强的关联性，CDPF 压降也与 DOC+CDPF 对颗粒物的减排率关联度较高。关键词：柴油公交车，排放特性，后处理装置，灰色关联分析IITongji University Master of Engineering AbstractABSTRACTThe motor vehicles have become one of the main pollution sources of the urban
7、 atmosphere, among which the diesel vehicles meeting the National Stage III play an important role. Measures to control the emissions from this part vehicles can bring much benefit to not only environment but also economy and society. The aftertreatment device is an efficient path to vehicles emissi
8、on control. Research on the influences of afterreatment devices on the diesel vehicles meeting NS III can be helpful to the analysis of the afterreatment devices function and provide some advice to the reduction of emissions from automobiles in and around cities.In this thesis the emission test of a
9、n in-use diesel bus meeting NS III was conducted on the chassis dynamometer. The characteristics of gaseous, paticulates and organics emissions of the testing bus running CCBC with and without DOC or DOC+CDPF were studied and the effects of aftertreatment devices under different running conditions w
10、ere discussed. Further more, the differences of the tail gass temperature and pressure between the entrance and exit of DOC and CDPF were investigated and a gray relational analysis was made to explore the relations among the running conditions, tail gas parameters, components and the work of aftert
11、reatment devices. The main conclusions were as follows.First, the effects of DOC and DOC+CDPF on gaseous emissions were studied. Both DOC and DOC+CDPF can reduce the CO and THC in the end gas to a certain degree. Actrually the rates were 22.46% (with DOC) and 34.41% (with DOC+CDPF) for CO，and 42.50%
12、 (with DOC) and 78.29% (with DOC+CDPF). With the increase of average speed in different parts of CCBC, DOCs reduction rate on CO rose while it on THC descended, and DOC+CDPFs reduction rate on CO also rose while it on THC remained relatively stable. The DOC+CDPF worked better than DOC, but in idling
13、 condition both two devices functioned not so well as in other conditions. DOC and DOC+CDPF had slight influences on the emission of NOx, but a higher NO2/NOx downstream of DOC was observed while the NO2/NOx scale was lower after DOC+CDPF. DOC and DOC+CDPF could also reduce the VOCs emission and eff
14、ected the distributions of components with different carbon numbers.Second, the effects of DOC and DOC+CDPF on particulate emissions were studied. Both DOC and DOC+CDPF can reduce PN and PM in the end gas to a certainIIITongji University Master of Engineering Abstractdegree, actrually by 39.14% (wit
15、h DOC) and by 99.58% (with DOC+CDPF) for PN， and by 5.27% (with DOC) and by 98.74% (with DOC+CDPF). DOC worked better on nucleation mode particles than on accumulation mode particles, while DOC+CDPF make a high reduction of paticles in all diameter segments. DOC and DOC+CDPF had different influences
16、 on the elemental and organic carbon. Especially, EC was not found after DOC+CDPF. The two aftertreatment devices could also reduce the mass emited and toxicity of PAHs, and DOC+CDPF works better.The temperature was different between the entrance and exit of DOC because of the exothermic reations. T
17、he curves of inlet temperature and temperature difference were related to the vehicle speed.The curve of outlet temperature was gentle and had time delay compared with speed. Inlet and outlet temperature both were more sensitive to the change of running conditions at high speed. Pressure drop was ob
18、served both on DOC and CDPF, which appeared in minority of fast accelaration of the testing bus for DOC and all the CCBC for CDPF. The gray relational analysis of relations among the running conditions, tail gas parameters, components and the work of aftertreatment devices demostrated that the gas t
19、emperature, pressure and the concentration of THC all showed high correlation to the effects of aftertreatment devices. Besides, the temperature difference of DOC also had a relative high correlation with the reduction rate of THC and CO, and the pressure drop of CDPF had a relative high correlation
20、 with its reduction rates of paticulates.Key Words: diesel bus, emission characteristic, aftertreatment device, gray relational analysisIV同济大学 硕士学位论文 目录目录第 1 章 绪论 . 11.1 研究背景 . 11.2 柴油车污染控制技术 . 31.2.1 前处理及机内净化技术 31.2.2 氧化催化转化器 41.2.3 颗粒捕集器 81.2.4 催化型连续再生颗粒捕集系统 101.3 柴油车有机物排放 . 121.3.1 挥发性有机物 121.3.2
21、 多环芳烃 131.4 本文主要研究内容 . 15第 2 章 柴油公交车排放试验方案设计 . 172.1 试验车辆 . 172.2 试验用后处理装置 . 192.3 底盘测功机系统 . 192.4 测试循环 . 202.5 车辆排放测试系统 . 232.5.1 在线排放检测系统 232.5.2 离线排放检测系统 262.6 本章小结 . 28第 3 章 不同后处理装置对柴油公交车气态物排放的影响 . 293.1 试验循环工况片段划分 . 293.2 不同后处理装置对 CO 排放的影响 . 303.2.1 CCBC 循环各片段 CO 排放 313.2.2 不同工况下 CO 排放分担率 .333.
22、3 不同后处理装置对 THC 排放的影响. 353.3.1 CCBC 循环各片段 THC 排放 363.3.2 不同工况下 THC 排放分担率 383.4 不同后处理装置对 NOx 排放的影响 . 403.4.1 CCBC 循环各片段 NOx 排放 403.4.2 不同工况下 NOx 排放分担率 .443.5 不同后处理装置对 VOCs 排放的影响. 453.6 本章小结 . 47第 4 章 不同后处理装置对柴油公交车颗粒物排放的影响 . 494.1 不同后处理装置对颗粒物数量的影响 . 49V同济大学 硕士学位论文 目录4.1.1 CCBC 循环各片段颗粒物数量排放 494.1.2 不同工况
23、下颗粒物数量排放分担率 524.1.3 颗粒物数量粒径分布特性 534.2 不同后处理装置对颗粒物质量的影响 . 574.2.1 CCBC 循环各片段颗粒物质量排放 574.2.2 不同工况下颗粒物质量排放分担率 594.2.3 颗粒物质量粒径分布特性 614.3不同后处理装置对颗粒物 OC/EC 的影响 . 654.4不同后处理装置对颗粒相 PAHs 的影响 . 674.4.1 不同后处理装置对 PAHs 排放量的影响 . 674.4.2 不同后处理装置后 PAHs 毒性对比 . 694.5 本章小结 .70第 5 章 排气参数和后处理装置的关联性 . 735.1 后处理装置对排气温度的影响
24、 . 735.2 后处理装置前后压降 .755.3 基于灰色理论的多因素关联分析 . 775.3.1 灰色理论与灰色关联度 775.3.2 多因素与后处理装置作用的关联性分析 805.4 本章小结 .88第 6 章 总结与展望. 916.1 全文总结 .916.2 研究展望 .93致谢 . 94参考文献 .95个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果. 102VI第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 研究背景近年来，我国汽车工业发展迅速。中国汽车工业协会数据显示，2015 年我国累计生产汽车 2450.33 万辆，同比增长 3.3，销售汽车 2459.76 万辆，同比增长4.7，产销量保持
25、世界第一。同时，全国汽车保有量也不断攀升。图 1.1 展示了自 2005 年至 2015 年全国民用汽车的保有量。截止 2015 年末，全国民用汽车的保有量达 1.72 亿辆，是 2005 年的近 4 倍，平均年增长率达 14.8%。汽车保有量（万辆）200001722818000154471600013741140001208912000 1057810000 9086761980006000 4985 5697 646743294000200002005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015年份图 1.1 2005 年至 201
26、4 年中汽车保有量全国汽车保有量中，不同排放标准车辆所占比例如图 1.2 所示。由图可知，国 I 及国 I 前车辆共占汽车总保有量的 8.5%，国 II 车辆占 8.0%，国 III 车辆占51.6%，国 IV 车辆占 30.5% ，国 V 及以上车辆占 1.4%。排放满足国 III 和国 IV标准的车辆为汽车总保有量的主要组成部分。随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的持续增长，其排放的污染物造成的环境污染问题也越来越严重。第一批完成大气细颗粒物源解析的城市结果表明，北京、上海、杭州、广州、深圳等特大型城市的移动源排放已成为细颗粒物污染的首要来源，分别为 31.1%、29.2%、28.0%、2
27、1.7%和 52.1%。1同济大学 硕士学位论文 不同后处理装置对柴油公交车排放特性的影响研究国 I 前 国 I 国 II 国 III 国 IV 国 V 及以上图 1.2 按不同排放标准划分的汽车保有量构成根据环保部2016 年中国机动车环境管理年报数据显示，2015 年我国全国汽车四项污染物排放总量为 3906.5 万吨，其中一氧化碳（CO）3009.1 万吨，碳氢化合物（HC ）358.4 万吨，氮氧化物（NO x）539.1 万吨，颗粒物（PM）53.6 万吨。其中，不同排放标准的汽车由于其保有量及污染物排放量不同，对污染物的排放分担率也有较大差别，如图 1.3 所示。由图可知，占汽车总
28、量 8.5%的国 I 及以下车辆排放的四项污染物占近 50%及以上；而占汽车总量 51.6%的国 III 车排放的四项污染物占 26% 以上，其中 NOx 排放最高，占 42.3% 。排放分担率45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%CO HC NOx PM国 I 前 国 I 国 II 国 III 国 IV 国 V 及以上图 1.3 不同排放标准车辆的排放分担率在所有汽车中，汽油车的数量约占 86.2%，柴油汽车约占 12.6%，而燃气汽车约占 1.2%。由于所用燃料及发动机结构差异，其对污染物排放的贡献也不同。不同燃料类型汽车的污染物排放量分担率如图 1.4 所示。其中，全国
29、柴油车 CO 排放量为 406.0 万吨，HC 排放量为 90.2 万吨，NOx 排放量为 372.0 万吨，PM 排放量为 53.6 万吨，分别占汽车排放总量的 13.5%、25.2%、69.0%、99% 以上。2第 1 章 绪论排放分担率90%汽油汽车 柴油汽车 燃气汽车80%70%60%50%40%30%20%10%0%CO HC NOx图 1.4 不同燃料类型汽车的污染物排放分担率由于黄标车的排放贡献率相当大，国务院政府报告中明确提出要将其进行淘汰。而占汽车保有量 51.6%的满足国 III 排放标准的车辆由于其目前的使用年限较短，强制淘汰成本极高，且影响范围较大。因此对国 III 车
30、辆进行适当改造以降低其污染物排放相对而言成本可控，且见效较快，是一种综合效益较高的实施方案。同时由上述数据可知，柴油车在四项污染物中的具有较高的排放贡献率，尤其是 NOx 和 PM。因此，对国 III 标准的柴油车排放进行控制，有助于推进环保部“大气污染防治行动计划”的实施，具有一定的经济效益和社会效益。1.2 柴油车污染控制技术针对柴油机污染物排放的净化技术，概括起来主要分为以下三类：前处理技术、机内净化技术和后处理技术。1.2.1 前处理及机内净化技术前处理技术主要是对进入到发动机之前的燃料和空气进行前期预先处理，主要指改善燃油品质。柴油成分中与颗粒排放有相关联系的主要有以下几个因素：柴油
31、的密度、硫含量和十六烷值等 1。邓元望等人 2通过柴油改质的方法，建立柴油理化性质与发动机污染物排放量之间关系的模糊评估模型，发现发动机使用硫和芳香族化合物含量低、密度较小、馏程较低、十六烷值较大的燃料时，可获得较好的排放性能。柴油机的机内净化技术主要包括以下几个方面：3同济大学 硕士学位论文 不同后处理装置对柴油公交车排放特性的影响研究（1）燃烧室结构优化。燃烧室作为由进气系统进入的空气和由燃油喷射系统喷入的燃油混合后进行燃烧的场所，其几何形状和结构参数对柴油机的性能及排放具有重要影响。（2）改善进气。通过合适的进气道类型及采用布局合理的多气门技术，可以有效增加进排气量，组织缸内气流运动，有
32、利于缸内混合气的形成，从而改善燃烧和排放。（3）燃油喷射系统优化。研究表明喷油压力对于柴油机性能有很大影响，提高喷油压力有助于提高混合气质量，从而降低颗粒排放。喷油规律是影响柴油机排放的重要因素。合理的喷油规律应为“初期缓慢，中期急速，后期快断”。采用预喷射和多次喷射有利于改善柴油机起动和怠速时的燃烧稳定性，从而减少颗粒物、THC 和 NOx 的排放 3。此外，喷油正时通过控制滞燃期可以间接影响到发动机的排放性能。喷油过于提前，会造成滞燃期增加，从而使得 NOx 增加；而喷油过于滞后，则会使得燃烧过程推迟，燃烧不完善，PM 排放增加。使用先进的电控高压共轨系统可以有效地改善柴油机各项性能。（4
33、）增压技术。利用增压器将空气进行压缩再送入发动机气缸，使得每循环进入气缸的新鲜空气实际充气量增加，从而提高发动机功率，改善经济性和排放性能。增压器按能量来源不同主要分为两种：机械增压和废气涡轮增压。通过增压技术，可以提高过量空气系数，改善燃料的雾化和混合过程，从而降低 CO、 THC 和 PM 排放；同时，采用进气中冷技术来降低增压柴油机的进气温度，有利于控制 NOx 的生成。（5）废气再循环（EGR）。废气再循环系统是将一部分废气重新引入发动机进气系统，与混合气一起再次在气缸中燃烧。其对发动机性能的影响实质是对混合气成分及温度的影响。EGR 技术是控制 NOx 排放的重要手段，使用较大的 E
34、GR 率可以较为有效的降低柴油机 NOx 排放 4。柴油机排放的控制重点是 NOx 和颗粒物，但两者由于生成机理不同，在控制手段中存在一定矛盾之处。降低颗粒物的排放需要改善柴油机混合气的形成和燃烧过程，但这往往会造成 NOx 的排放增加。因此如何在保持柴油机性能的情况下，同时减少两者排放，是当前面临的主要问题。1.2.2 氧化催化转化器为了满足越来越严格的排放法规要求，仅靠改善燃油品质和机内净化技术已很难达到目的。因此后处理技术成为目前最被看好的污染物控制措施 5-6。氧化催化转化器（Diesel Organic Catalyst，DOC）是柴油车目前使用较广的后处理装置。DOC 的功能可以分
35、成两类：一类的主要作用是对排气中的还原性4第 1 章 绪论气体进行氧化，这既可以降低柴油机 HC 和 CO 排放，又可以提高排气温度为后面 DPF 的再生创造有利条件，甚至还可以氧化 LNT、HC-SCR 和 SCR 催化剂末端排出的有害气体，如 NH3 等；另一类是把排气中的 NO 氧化成 NO2，提高尿素 SCR 催化剂的低温活性和反应速率，促进 DPF 被动再生的效果。DOC 主要由壳体、减震层、载体及催化剂涂层构成，其中催化剂是核心部分，它决定着 DOC 的主要性能指标。 DOC 内常用的催化剂活性组分包括铂（ Pt）、钯（Pd）等贵金属，助催化剂为铈（Ce ）、镧（La）等稀土元素以
36、及铜（Cu）、铁（Fe）、铬（Cr）、锰（Mn ）等过渡金属元素。铂（Pt）是催化剂的主要部分，对于 CO 和 HC 有着相当好的催化氧化作用，对 NO 也可以起到一定的氧化作用；钯（Pd）的催化活性略逊于铂，且易发生硫中毒，但其热稳定性好，在高温下也有着较好的催化活性；此外，在催化剂中加入钯（Pd），可以和铂（Pt）起到协同作用，提高催化剂的抗老化烧结能力，降低硫酸盐的生成 7-8。Xavier Auvray 等人 9的研究表明 HC 可以和硝酸盐在含 Pd 的催化剂表面在低温下发生反应，因此加入 Pd 有利于 HC 的氧化，从而减少 HC 对 NO 氧化的抑制作用。国内外关于 DOC 的工
37、作原理及实际应用进行了大量的研究，而 DOC 的性能也随着人们研究的深入而不断提高，主要体现在以下几方面：对排气污染物的转化效率升高、使用寿命延长、气体流动阻力减小等。使用的研究方法主要包括数值模拟仿真及试验。（一）DOC 对气态物排放的影响DOC 能有效降低 CO 及 HC 的排放，但对 NOx 排放的影响不大 10。Hom Sharma 等人 11建立了详细的 Pt/Al 2O3 型 DOC 内五种气态排放物（CO，NO，CH2O，NH3，HCN）的反应动力学模型。Khosravi 12研究了在使用 Pt 和 Pt:Pd （4:1）两种催化剂配方下 DOC 内 CO、NO 和 C3H6 氧
38、化反应的的反应动力学模型，结果表明加入 Pd 的催化剂具有更高的催化活性，对 C3H6 具有更高的转化效率。何喜朝 13等人在进行了大量的配方筛选和工艺试验的基础上，研制出的柴油机氧化催化剂具有转化率高且低温活性较好的优点，其对于 CO 和 HC 的起燃温度低于 250，对其进行柴油机十三工况循环试验的结果表明该催化剂对于排气中 CO 和 HC 的减排效果均高于 80%，且具有良好的抗老化性能。Karishma Irani 等人 14研究了 DOC 中 HC 对于 NO 氧化反应的影响，结果表明：由于 NO2 的氧化性更强，与 O2 相比更易与 HC 发生反应，因此 DOC 中的 HC 会抑制
39、 NO 的氧化。Kevin Robinson 等人 15研究了在冷启动和热启动时 DOC 的温度变化，并测量试验时 DOC 前后气态物的排放浓度，结果表明 CO 的排放对于温度变化非常敏感，而 THC 的排放则相对稳定。5同济大学 硕士学位论文 不同后处理装置对柴油公交车排放特性的影响研究（二）DOC 对颗粒物排放的影响DOC 可以通过对 SOF 进行氧化，从而间接减少颗粒物的排放，根据贵金属含量不同其颗粒物排放量可降低 3%25% 16。 Collura17的研究证实了 DOC 对可溶有机物 SOF 具有净化效果，并研究了其表面化学和结构特征。王军方等人 18的研究表明，DOC 对于低转速下
40、不同粒径范围的颗粒物有一定降低作用，而对高转速下粒径大于 120nm 的颗粒物降低不明显。Ruijun Zhu 等人 19在燃用不同比例欧 V 柴油与 DEA（己二酸二乙酯）混合燃料的柴油机后连接 DOC，发现颗粒质量浓度和数量浓度都有所降低，且在中低负荷时随着 DEA 比例升高而降幅增大，但是颗粒物的几何平均粒径变大，说明 DOC 对细颗粒的过滤效果相对来说更加显著。王小臣等 20对一台柴油机安装 DOC 后所排放的颗粒物数量和无机盐组分进行了试验研究，结果表明：在 DOC 后尽管颗粒物数量有所降低， 但无机盐组分中多数的排放速率都在增加，随着负荷的升高其排放速率增大；尤其硫酸根离子在大多数
41、工况下的排放速率和质量分数都有所增加，且随着转速的增加而增大。他还对柴油机安装 DOC 后排放颗粒物中的碳质组分的特征进行了研究，发现 DOC 对 EC 的氧化转化效率较低 21。Topi Ronkko22对装有 DOC 的欧重型柴油车的颗粒物排放进行了研究，结果表明低温和高湿度对 HC 成核有利，高温对硫化物成核有利，在低扭矩下 HC 对核态颗粒的贡献最大，在高扭矩下则是硫化物对核态颗粒起主导作用。Scheer 23的研究表明，未装备 DOC 的轻型柴油车燃用高硫含量柴油（ 350ppm）时排气颗粒物为聚集态单峰分布，装备 DOC 后则会出现由硫引起的核态峰值。（三）结构因素对 DOC 工作
42、特性的影响DOC 载体的结构变化对其工作特性带来一定的影响，包括其内部的传热过程、气体流动特性、起燃特性等。Cinzio Arroghetti 等人 24建立了催化转化器的三维流体动力学模型，并结合化学反应计算，在此基础上讨论了正弦型、六边形、正方形等不同形状的孔道内部的传热传质特性。帅石金等人 25-28使用当量连续法建立了蜂窝载体的流体动力学模型，在此基础上进行了稳态流的数值模拟，并对可能影响背压的结构参数进行了分析，结果表明载体直径、入口扩张角、扩张管形状对流场流速分布和阻力损失有着较为显著的影响。Jeong 等人 29建立了径向变孔密度的载体多维模型，研究了这种非均匀结构的参数对催化转
43、化器起燃过程中流体动力和化学反应的影响，结果表明这种结构6第 1 章 绪论拥有较平衡的空间分布，对催化剂涂层表面的利用率高，可以有效减少压力损失，改善流动均匀性和起燃特性。More 等人 30建立了单孔道二维和三维模型，就涂层的几何特征对 CO 在富氧条件下的起燃特性的影响进行了研究，结果表明涂层的几何形状会对起燃特性曲线产生一定影响，在空速较高和温度梯度较大的情况下该影响尤为明显，同时形状不均匀的涂层可以使得 CO 更快地被氧化。（四）硫对 DOC 的影响燃料中的硫含量对于 DOC 会产生一定影响 31。燃料中所含的硫在燃烧后生成 SO2，部分被氧化为 SO3，SO 3 与水结合生成硫酸进而
44、形成硫酸盐。催化剂也可以氧化 SO2，从而促进硫酸盐的生成。由于 SO 2 占据了催化剂活性的中心空位，且与 CO 竞争吸附氧原子，所以 DOC 对 CO 的转化率下降。同样的 SO2 也会使 DOC 对 HC 的转化率下降，但其影响程度受温度影响较大。Tanja Kolli 等人 32对硫元素、钙元素和水对 Pt/Al2O3 催化剂的影响进行了研究，将粉状 Pt/Al2O3 催化剂在二氧化硫(S-)、二氧化硫 -水(SW-)、钙-水(Ca-)、二氧化硫- 钙-水(SCa-)和水(W-)中进行预处理，结果表明经过预处理的催化剂有效表面积会减少，催化剂表面可以检测出硫元素，但钙元素含量较少；经
45、S-和 SW- 处理后的催化剂对于 CO和 C3H6 的起燃温度会升高，而另外三种预处理后催化剂的起燃温度和原样本几乎一致，可能是由于硫酸盐的形成使得有效反应表面积减少。贵金属的抗硫能力与贵金属的种类、贵金属负载量、催化剂的焙烧温度和时间以及助剂的使用都有关 33。适当减少贵金属的负载量虽然会降低转化率但是也可以控制硫酸盐的生成。稀土元素的使用会提高贵金属的稳定性，一定程度上削弱其对 SO2 的敏感程度 34。（五）氢气对 DOC 的影响由于在低温环境下，尤其是 CO 和 HC 大量排放的冷起动期间，DOC 的性能表现不佳，研究者们开始关注如何在较低的工作温度区间中提升 DOC 的性能。氢气对
46、于 DOC 的影响逐渐进入人们的研究领域。Katare 等人 35的报告指出，在催化器中加入逆向的氢气流有利于 CO、HC 的氧化，同时也有利于 NO2 的生成。一些研究者认为氢气的燃烧使得催化器温度上升，从而有利于 CO 的氧化 36，然而 Salomons 等人 37的研究显示，对于某种催化器，CO 的氧化在氢气氧化之前，因此并不能说明氢气的燃烧使得 DOC 对 CO 的起燃温度降低。Rankovic 的研究 38显示，氢气的存在可以促进一些含氢的氧化物（如 OH 原子团）的生成，从而使得 CO 的氧化速率增加。由上述可知，尽管很多文献中都提到了氢气的作用，然而它们并没有就这个问题达成一致
47、：这7同济大学 硕士学位论文 不同后处理装置对柴油公交车排放特性的影响研究种现象究竟是源于氢气燃烧带来的温度上升，还是源于氢气本身对于反应动力学的影响。Herreros 等人 39在这方面进行了试验研究。结果表明，在对于 Pt 基催化器和 Pt-Pd 基催化器，加入少量氢气均有利于 CO、HC 和 NO 的氧化，同时可以降低催化器的起燃温度；加入氢气后对 CO、HC 氧化能力的提升，主要是基于控制 CO 的解吸附速率和氧化、含氢氧化物的生成以及热力学影响的共同作用；而氢气对低温下 DOC 中 NO2 生成的促进作用，是由于其反应放热，同时氢气可以增加 CO 和 HC 的氧化速率，使得 NO 更
48、多地与活性成分接触，同时也降低了 NO2 被 HC 的还原速率。通过上述研究可以看出，对于气态物，DOC 对 HC 及 CO 有较好的转化效率，对于 NOx 总量的影响不明显，但提高了 NO2/NOx 的比例；对于颗粒物，由于柴油机排放的颗粒物中核态颗粒以 SOF 及硫酸盐为主要成分，因此其对核态颗粒表现出较好的捕集效率。燃料中的硫会造成催化剂中毒，加入稀土元素助剂可以增加催化剂的抗硫性。此外，在 DOC 中加入少量氢气可以促进气态物的氧化反应，从而改善 DOC 在低温下的工作性能。1.2.3 颗粒捕集器颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter, DPF）被公认为是净化排
49、气中颗粒物的有效途径，目前已在国外广泛用于欧及以上排放水平柴油车的尾气净化。现代柴油机所装备的 DPF 载体通常是采用壁流式结构的蜂窝陶瓷，载体的内部有许多平行的通道，相邻的两个通道其中一个只有进口开放，另一个只有出口开放，排气从进口开放的通道流入，穿过载体的壁面至相邻的通道排出，在此过程中，颗粒物被滞留在通道内，对排气起到净化作用。采用细孔或纤维结构的 DPF 对微粒进行捕集时，过滤机理主要三种：惯性碰撞、拦截和扩散。在实际的微粒捕集过程中，上述三种过滤机理并不完全独立作用。对不同尺寸的颗粒物究竟以何种方式被捕集，需要依据具体的过滤条件（如过滤速度、过滤温度、过滤介质孔径等）来判断。而对于某个被捕集的颗粒，也可能同时满足多种过滤机理的条件。对于 DPF 过滤体材料的要求是：高捕集效率、低排气阻力、高机械强度和抗振动性能、良好的耐热冲击性和耐腐蚀性 40。目前堇青石蜂窝陶瓷和 SiC 是最为常用的载体材料 41-42。随着颗粒物在捕集器内部沉积的逐渐增加，过滤体的压降逐渐增大，导致排气阻力增大，柴油机工作恶化，动力性、经济性降低。因此，当过滤体压降达到一定程度后，需要对过滤体
