5.柴油发动机尾气后处理技术
柴油机排气后处理技术综述
柴油机排气后处理技术综述摘要：随着国六标准的出台，对尾气排放要求越发严格，而降低排放的重要手段就是排气后处理技术。
本文基于排气后处理技术的发展、现状，从专利分析方面，对排气后处理技术全球和我国专利申请状况、重要申请人进行了统计、分析，较为深入的分析了当前局势，为今后我国的发展提供参考。
关键词：柴油机；排气处理；SCR；DPF；专利分析1、排气后处理技术发展概述柴油机排气后处理技术正式用于柴油机是从欧Ⅳ排放阶段开始的，主要技术路线有SCR和DPF两种，由于各国法规、油品和关注的性能指标具体情况不同，采取的技术路线也不同[1]。
采用SCR技术路线时，通过机内净化技术，PM可降至法规要求，但NOx排放会显著增高，依靠高效的SCR 后处理系统将NOx 降至法规标准水平。
另外，SCR 系统对柴油含硫量的要求较低且可显著节省燃油费用[2] [3]。
采用DPF技术路线时，通过机内用冷却EGR降低NOx，这时PM会有明显升高，然后用DPF降低PM排放。
DPF 系统的复杂程度和成本低于SCR技术路线[4] [5]。
而专利分析是企业战略与竞争分析中一种独特而实用的分析方法，是维护自身权益与抢占技术制高点的重要支撑[6]。
本文应用Incopat软件对排气后处理技术中SCR技术和DPF技术2000~2019年的全球和国内专利申请分别进行了检索，并对检索结果进一步作了统计，具体从专利申请量、主要申请人进行了分析。
2、SCR技术专利分析2.1全球专利申请状况全球专利申请量趋势可以概述为：1）萌芽期（2000年-2003年），申请量较少，每年都不高于2000件，这是因为在该时期SCR技术还比较落后，人们的关注点还在于车辆的动力性，至于SCR技术还处在萌芽期；2）快速增长期（2003年-2014年），SCR技术的专利年申请量明显逐年增加，可见，随着人们对汽车的节能意识以及环保意识提升，人们越来越关注SCR技术，进而促进了专利申请的爆炸式增长，而且这几年也是汽车产业迅猛发展的一个侧面写照；3）成熟期（2014年以后）SCR技术在2014年达到申请量的顶峰，达到了8256件，随后出现了下降趋势，特别是在2017年，全球申请量下滑严重，这是由于SCR技术越发成熟，已发展到一定的瓶颈，想要再进行突破，相当困难，需要投入更多的研发。
柴油发动机尾气后处理技术
217中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.01 （下）汽车行业的蓬勃发展使汽车尾气问题愈加严重，尤其是柴油发动机尾气排放物，如氮氧化物给人们的生命健康造成的威胁不断加大，同时，尾气排放还会造成大气污染，给人们的生产生活都带来了不良的影响。
因此，针对以上存在的这些问题，本文对柴油发动机尾气后处理技术开展了深入分析，其能够有效控制尾气排放量。
这一排放控制技术将会对柴油发动机尾气的处理等发挥重要意义。
柴油发动机尾气后处理技术原新涛（广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林 537000）摘要：我国经济高速发展带来的弊端主要是环境污染问题越来越严重，大气污染严重、空气质量下降等使得人们身体健康面临较大威胁，为了能够改善环境污染问题，提升空气质量等需要引起相关部门的重视，针对柴油发动机尾气的排放等制定严格标准和规范。
而尾气后处理技术的应用和推广后，不仅能够使柴油发动机尾气排放达到标准要求，还能够提升柴油发动机尾气排放的控制效果。
基于此，针对于当前该技术发展的情况，本文在对柴油发动机尾气后处理技术开展有效的分析后，对存在的故障或者故障排除的方法等进行探究，总结了当前柴油发动机尾气后处理技术的发展趋势。
关键词：柴油发动机；尾气排放后处理技术；尾气控制中图分类号：U464.172;X734.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）01（下）-0217-031 尾气后处理技术的相关概述汽车排放标准的不同主要与汽车生产注册的时间或者年限等有直接关系。
现阶段，我国汽车尾气排放标准在与欧洲等国家进行对比时，其内容较为相似。
而对于柴油发动机尾气排放而言，要想达到国家尾气排放标准，需要重视对氮氧化合物和颗粒的排放控制。
我国现阶段的排放标准与欧洲排放标准较为类似，并且欧Ⅳ～欧Ⅵ的排放标准要求呈现了温以及相关燃料数量具有十分密切的联系。
柴油车尾气处理POC技术
POC的结构
POC的典型布置形式
POC一般为DOC（前级）+半通 式滤器（后级）的布置形式。
POC的结构是一个多褶皱而不 堵塞的通道，便于捕捉颗粒。
POC的结构
POC特殊的载体结构设计使得排气流体通 畅的同时接触面积广，可以在保证背压的 同时捕捉部分颗粒物并再生。 POC的结构特点决定了其具有较好的热耐 久性和机械性能。
【POC“平衡温度”定义：发动机在指定的工况下对POC加载颗粒物 的过程中，POC的压降没有明显下降时POC的入口温度】
POC的性能评价
——POC的过滤效率—燃油硫含量
（3）由于 POC 在结构上属于半通式过滤催化器，另一部分 SOx 固态 物也直接排出催化器。 （4）在 SO2（气态）→◇SO3（固态）→◇SO4（固态）的过程中， 通常在 400℃左右反应最剧烈，生成 SO4最多，但是在轻型车的使用 上，排气温度相对较低，因此生成的 ◇SO3和 ◇SO4也相对较少，有
过滤效率随灰载 量增大而减小。
POC的性能评价
——POC的过滤效率—灰载量
上图为Corning公司的测试数据，也有相同的结论：过滤效率随灰载量增大而 减小。 Corning公司的经验表明，灰载量达8g/L时，POC将不起净化PM的作用。
POC的性能评价
——POC的过滤效率—NO2/PM比
NO2与PM所需的理论质量比为7.7，实际经验所 需的质量比为12。
POC的结构
金属载体
金属纤维烧结成的多孔结构
பைடு நூலகம்
POC的结构
陶瓷载体
当过滤效率是“0”时,可能会有更好的吹灰效果。
出口端只在堵塞的 通道上有颗粒沉积
5.柴油发动机尾气后处理技术
▪ 排放控制 > 排放法规 > 减少颗粒物（PM）的排放 > 减少氮氧化合物（NOX）的排放 > 控制策略 > 氧化催化器（DOC） > 颗粒捕捉器（DPF） > 控制逻辑与硬件 > 氧传感器对废气的监控和修正 > 失效与燃油要求
Proprietary
06/05/2020
2
柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
> 就全球来看，空气中的氮氧化物主 要来源于天然源，但城市大气中的 氮氧化物大多来自于燃料燃烧，以 汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中 氮氧化物的浓度相当高。
> 直接危害 > 人身体器官损害 > 间接危害 > 光化学烟雾、酸雨
Байду номын сангаас
Proprietary
06/05/2020
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
> 它是一种淡蓝色的化学烟雾，是由汽车、 工厂等污染源排入大气的碳氢化合物 （HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染 物，在阳光的作用下发生化学反应，生 成臭氧 (O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰硝 酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化 学反应过程的一次污染物和二次污染物 的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光 化学烟雾。
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
Proprietary
06/05/2020
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是氮氧化合物 （NOx）
> 包括NO和NO2 - NO－无色气体 - NO2－黄褐色气体 - 柴油机燃烧过程
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证汪晖(东风汽车有限公司商用车技术中心,湖北武汉430056)摘要:针对我国颁布的国IV 排放要求,介绍商用车柴油发动机的后处理技术中的SCR 技术和EGR+DPF 技术,探讨二者之间的性能差异,提出发动机SCR 后处理技术中的电气系统的验证项目,以达到提高排放性能、完善发动机控制系统控制策略的方法。
关键词:柴油发动机;尾气后处理;SCR;EGR;电气系统;验证中图分类号:U469.74文献标识码:B 文章编号:1003-8639(2013)03-0022-04修改稿收稿日期:2012-12-25作者简介:汪晖(1968-),女,高级工程师,负责东风商用车电气系统开发。
Discussion on Exhaust After⁃treatment Technology for Diesel Engine and Electrical System VerificationWANG Hui(Commercial Vehicle Technical Center,DONGFENG Motor Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)Abstract :According to the emission control regulations of National IV,the SCR and the EGR+DPF technologies in exhaust after⁃treatment for diesel engine on commercial vehicles are introduced here and the performance differences between them are discussed.The verification of electrical system in the SCR technology is set up so as to enhance emission performance and perfect the control strategy for engine control system.Key words :diesel engine;exhaust after⁃treatment;SCR;EGR;electrical system;verification我国目前已成为世界上汽车发展潜力巨大的国家,汽车需求不断增长,随着社会的发展,人们的环境保护意识也在不断提高,对汽车发动机的品质也提出了越来越高的要求。
柴油发动机尾气后处理技术
了降低油耗。当然它也能降低氮化物排放,但这个效
减少,颗粒物排放量会更低,且由于燃料充分燃烧,所
以也更省油。所以 SCR 是极其伟大的发明。
目前相关研究人员已经研发出了这项 技 术 并 成
功应用在其自家的科索系列卡车柴 油 机 上。率 先 应
部件的使用寿命,如果螺栓松了,会 造 成 金 属 构 件 疲
1.
2 汽缸盖
劳,引起零件的断裂。发动机缸盖是极易产生疲劳损
缸垫座位于汽缸体和汽缸盖之间,作用是密封和
伤的零件 之 一,其 机 械 疲 劳 强 度 与 螺 栓 的 预 紧 力 有
隔离,如果汽缸盖因为疲劳造 成 松 弛 等 现 象,会 导 致
EGR 技术不恰当的做法之一。
步入正轨,相信在不远的未来,可 以 达 到 科 技 与 环 境
知识没有能让广大的车主或准车主了解,这个是推广
3
小结与展望
关于汽车的尾气处理技术,
EGR 和 DPF 是 站 对
立面的。EGR 使燃料不充分燃烧以降低燃烧室温度,
进而减少 氮 氧 化 物 的 产 生,但 是 这 会 产 生 大 量 颗 粒
1.
1 螺栓预紧力
缸走漏严峻时,发动机功率会 显 著 下 降,甚 至 不 能 作
螺栓是连接螺纹的零件,是最常用最基础的零件
业。因此,假设发动 机 运 转 中 出 现 功 率 下 降 缺 点,除
之一,在使用的时候必须要拧紧,才 可 以 承 载 工 作 负
了查找影响发动机功率下降的相关原因外,还需要检
荷,在载荷之前预先受到的力的作用,就是预紧力,预
关。本文简述了螺栓预紧力跟螺栓寿命之间的关系,
SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究
SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究摘要：现阶段，大气污染问题越来越严重，尾气排放所带来的污染问题也成为了有关部门关注的焦点。
针对于柴油机的尾气排放，相关部门也出台了相关的政策法规进行规范和限制。
因此为了契合于国家规定的排放要求，必须要全面推广柴油机尾气后处理技术。
从当前技术发展与应用情况来看，选择性催化还原技术（SCR）是当前应用范围最广泛的尾气后处理技术。
这种处理技术的性价比非常高，能够对柴油机的排放进行精准控制，与传统的EGR技术相比有着明显的优势。
鉴于此，下文中将对该技术的具体应用进行详细介绍。
关键词：SCR技术；柴油机；尾气后处理引言现阶段，在社会经济发展水平不断提升的情况下，我国的汽车保有量持续上升，汽车市场也由此实现了飞速发展。
无论是在生产和日常生活中，汽车都为我们带来了极大的便利，在经济发展当中，汽车扮演着不可获取的重要角色。
但是在汽车全面普及的情况下，其尾气排放所带来的污染问题也是不容忽视的。
汽车尾气当中主要的污染气体为NOx以及其余一些燃烧不充分的气体，对于柴油发动机来说，在尾气排放处理上也是主要针对于NOx气体，通过相应的技术进行处理。
目前，SCR技术是柴油发动机尾气后处理应用非常广泛的一种技术，下文中笔者将对该技术进行详细的分析与论述。
一、EGR技术概述在SCR技术没有全面普及之前，柴油机尾气排放处理技术主要使用的是EGR技术。
EGR技术同样是减少尾气当中NOx的排放，其主要原因就在于废气当中的二氧化碳。
发动机当中排出来的废气在进气管中和其他气体进行混合，之后进入到气缸当中进行燃烧。
由于废气当中的二氧化碳成分无法完全燃烧，降低了氧气在混合气体当中的占比，进而减少NOx的生成。
EGR 技术的核心在于让废气再次参与燃烧以减少NOx的生成，但是废气与燃料的混合会导致燃料气体的成分发生改变，进而增加了很多不确定因素，影响发动机的正常工作。
随着技术的不断发展与进步，EGR技术开始逐渐被淘汰，更先进的SCR技术成为了柴油机尾气后排放的主要应用技术。
柴油发动机尾气后处理技术的运用研究
柴油发动机尾气后处理技术的运用研究摘要：近年来，我国经济迅速发展，但与此同时，我国也面临着严重的环境污染问题，这是最严重的问题。
为了解决一系列环境问题，主要是因为内燃机排放量低于标准，政府制定了内燃机排放标准和减少污染。
为此，有关技术人员必须对柴油机进行改造，使其排气符合排放标准。
本文件主要分析了SCR技术在柴油机废气处理方面的现状并分析了未来的趋势。
关键词：柴油发动机；排放；控制技术随着社会的发展和对生产力的需求的增加，柴油发动机已成为越来越受欢迎的重要生产和运输来源。
合理利用柴油发动机运行过程中产生的废气是人类和环境安全的责任这是一个重要的改进柴油机本身。
随着相关标准的提高现有的EGR技术不再符合相关的排放要求SCR技术的传播和应用是科学发展的正确步骤。
1、相关概述SCR基本原则。
这一技术主要用于加热和再生时注射和修复尿素，从而能够处理物质，因此，由于加热，氮氧化物的排放转化为氮和水，以便最终达到既定的排放标准。
该系统包括尿素水箱、各种测量仪器、喷雾器和相关的传感器。
按照排气后工作原则，先将烟道混合，然后再配尿素，喷雾器将尿素溶液喷淋，然后尿素会在高温下分解成氨，然后在催化剂中还原为氮氧化物最后是氮，大量的氨，自然，将转换为氮。
防止泄漏。
这一技术的主要优点是它不会对硫磺敏感，特别是100升。
然后，它的尾矿处理需要5升尿素在水溶液。
该系统主要通过电池满足其基本的电力需求，只有在有电的情况下才能加热；然后，相应的阀门取代空气，以确保气体的化学反应具有一定的空间和时间。
在这一系统中，污染物的排放可减少到最低限度，因此，技术人员应当能够根据系统的基本运行目标和要求合理地操作该系统。
为了明确界定该系统的运作原则，必须提高其运作效率，为了确保符合目前的排放标准。
然而，目前这一技术主要适用于长途卡车，这些内燃机本身费用相对较高，需要大量的安装设施因此难以在某些内燃机上使用。
今后需要简化和整合其设备以确保其在各种运输工具上的使用。
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 光化学烟雾的危害
> 烟雾的主要成分, 城市空气污染治理的最主要难题之一 > 刺激性强烈, 可引起窒息, 咳嗽及眼睛刺激 > 损伤肺组织, 加重呼吸系统疾病, 并使呼吸系统易受感染污染严重可抑制 植物生长, 并可造成农作物及森林的广泛伤害
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 黑烟和白烟（smoke）
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
11 µm及以上颗粒不会进入人体 7-11 µm颗粒只能进入鼻腔 4.7-7 µm颗粒可到达咽部 3.3-4.7 µm颗粒可进入气管及浅层支气管 2.1-3.3 µm颗粒可进入深层支气管 1.1-2.1 µm颗粒可达到支气管末梢 0.65-1.1 µm颗粒可进入细支气管 0.43-0.65 µm颗粒可进入肺泡
排气经稀释后通过过滤器所收集到的所有沉积物 主要成分包括碳颗粒, 燃油与机油中的重碳氢, 硫酸盐, 硝酸盐及灰分 碳颗粒(soot)是因空气不足或燃烧温度低致使自由碳不能完全燃烧而形成 产生条件： - 低温 - 缺氧 - 反应时间短
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 颗粒物的危害
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 氧化硫的危害
> > > > > >
燃油中的硫在燃烧过程中的氧化物 与空气中的水反应生成硫酸 可使土壤及水变为酸性，损害树木及农作物的枝叶 过高浓度会影响呼吸并可使呼吸及心血管疾病患者加重病情 燃油中的硫可以导致催化器失效 控制方法是限制燃油中硫的含量
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28/02/2016
3
柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 氮氧化合物 （NOx）
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 颗粒物Particulate Matter (PM)
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations 阳光照射
NOx
+
HC
O3
+
...
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28/02/2016
9
柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是光化学烟雾
> 它是一种淡蓝色的化学烟雾，是由汽车、 工厂等污染源排入大气的碳氢化合物 （HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染 物，在阳光的作用下发生化学反应，生 成臭氧 (O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰硝 酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化 学反应过程的一次污染物和二次污染物 的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光 化学烟雾。
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28/02/2016
13
柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 硫化物（SOx）
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
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28Байду номын сангаас02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 氮氧化合物 （NOx）的危害
北京
> 就全球来看，空气中的氮氧化物主 要来源于天然源，但城市大气中的 氮氧化物大多来自于燃料燃烧，以 汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中
广州
>
氮氧化物的浓度相当高。 > 直接危害 人身体器官损害
> 间接危害 > 上海 光化学烟雾、酸雨
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 碳氢化合物（HC）
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是HC化合物
> > > > >
包括100多种由碳(C)和氢(H)组成的不同化合物 燃料不完全燃烧或完全不燃烧的产物 主要产生于柴油机低负荷, 冷态及起动工况 从活塞环及气门导管窜入燃烧室的润滑油将成为碳氢排放 在阳光下与氮氧化物反应生成光化学雾
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是氮氧化合物 （NOx）
> 包括NO和NO2 - NO－无色气体 - NO2－黄褐色气体 - 柴油机燃烧过程 > 由氮气与氧气在一定条件下反应生成(例如燃烧)。 > 产生条件： - 高温 - 富氧 - 足够的反应时间 > 主要产生于柴油机高负荷工况 > 在阳光下与碳氢化合物反应构成光化学烟雾
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 光化学烟雾及臭氧
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 一氧化碳（CO）
Cx Hy Sz + O2 + N2
CO2 + H2O + N2 + O2
+
NOx + HC + CO + SOx + C
柴油 Diesel fuel
空气 Air
空气 Air
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是颗粒物（PM）
> > > >
> 硫化物（SOX）
> 黑烟和白烟（Smoke） > 颗粒物（PM） > 二氧化碳（CO2）
> 颗粒捕捉器（DPF）
> 控制逻辑与硬件 > 氧传感器对废气的监控和修正 > 失效与燃油要求
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28/02/2016
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
碳氢化合物燃油的燃烧反应 －－柴油燃烧