汽车各类污染物生成物及处理技术路径分析

柴油机的污染生成机理与汽油机大致相同，其燃烧排气的主要污染物有CO、HC、NOx、SO2及各种微粒。

1.汽油机生成的污染物主要是CO 和HC

汽油机污染物根据排放途径可分为曲轴箱窜气、燃料蒸发泄漏和燃烧排气三部分，其中燃烧排气是主要污染物排放途径。汽油机排气污染物主要有CO、HC、NOx、SO2和微粒，其中排放量相对较大且对环境有严重污染的是 CO、HC 两种。曲轴箱窜气、燃料蒸发泄漏产生的主要污染物是未燃碳氢化合物 HC，在不加控制的情况下，二者分别约占汽油机HC总排放量的 25%、20%。 从具体形成机理看，CO 是烃燃料燃烧的中间产物，其形成主要是由于汽油机采用点燃式点火，烃燃料不完全燃烧所致。在目前发动机稀燃技术逐步成熟的情况下，理论上富氧情况下汽油机排气中将不存在 CO 而代之产生CO2，但实际上由于：1）发动机冷启动阶段燃烧不完全；2）各缸混合比例不一定均匀、燃烧室各处的混合也可能不均匀；3）燃烧后的高温将已经生成的CO2小部分分解为 CO 和O2，因此汽油机仍是CO 的主要排放源。HC 是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成，汽油机排气中的 HC 主要有四个来源——室壁激冷效应、充量不完全燃烧、缝隙效应以及二冲程的扫气过程，其中核心来源为室壁激冷效应，其可通俗理解为燃烧过程中，靠近燃烧室壁面的火焰因壁面低温而突然熄灭或燃烧不完全的现象，此时预热层中的燃料和部分氧化产物不能进一步氧化转化为燃烧产物，而以未燃烃和含氧碳氢化合物的形式排出。汽油机的设计和运行参数、燃料成分与制备过程等因素都会对污染物的具体排放量造成很大影响。

2.柴油机生成的污染物主要是NOx 和颗粒物

柴油机的污染生成机理与汽油机大致相同，其燃烧排气的主要污染物有CO、HC、NOx、SO2及各种微粒。与同功率的汽油机相比，柴油机的 CO 和 HC 排放量要比汽油机少得多（柴油机采用超稀薄压燃方式燃烧较为完全，且因柴油燃料本身分子量大、挥发性低的特性不易形成 CO、HC 污染物），因此柴油机排放量相对较大且环境污染严重的污染物主要是NOx，碳烟等颗粒物。 从具体形成机理看，燃烧排气产生的 NOx 主要成分是NO 和少量NO2，NO是在燃烧过程高温条件下在燃烧室内形成，是燃烧过程中氮和氧原子的许多基本反应的结果，其生成的影响因素主要有三点：发动机机内温度、氧气浓度、高温滞留时间（三者都与最终污染浓度正相关）。 颗粒物是指在取样状态下，排气中除水分以外所有分散(固、液态)物质的总称，柴油机颗粒物主要包含固态的碳基颗粒、液态的碳氢颗粒（大部分吸附在固态的碳基颗粒上，一部分独立存在）、无机物（如 SO2、硫酸盐等，主要附聚在碳基颗粒表面），柴油机使用过程中常见的黑烟（碳烟）即是柴油机在高压燃烧条件下，局部高温、缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒，其形成主要受燃油质量、过量空气系数、柴油雾化质量、混合气燃烧速度、喷油时机等因素影响。一般来说微粒中碳烟所占的比例与柴油机的运行状态有关，一般柴油机高负荷运转时，微粒以碳烟为主，小负荷或怠速时以碳氢化合物为主。

3.当前主要污染物处理技术路径

在当前国六排放标准下，针对不同成因的污染物其技术处理路径不同，整体可概括为机内净化与机外后处理两个方面，针对不同燃料的机外后处理路线具体可分为：汽油机一般采用 TWC+GPF 路线；柴油机一般采用 DOC+DPF+SCR+ASC 路线。

发动机机内净化技术的改进方向主要是提高燃油热效率并在源头上减少污染物排放，其具体措施包括：1）燃烧系统优化，例如采用紧凑燃烧室、采用稀燃技术以提高燃油热效率；2）喷射系统优化，例如采用高压共轨喷射、多段喷射以实现更充分的燃油雾化并减少碳烟排放；3）点火系统改进，例如采用多点点火方式增强火焰传播速度以减少HC排放。除了以上措施外，机内净化带来最显著的增量在于进气系统优化中EGR技术的普及，EGR 技术是将一小部分燃烧废气从排气管引入进气管与新鲜充量混合，人为增加新鲜充量中的废气量，利用废气中所包含的CO2不参与燃烧却能吸收热量的特点，降低燃烧温度的同时降低氧气浓度，从而减少 NOx 的生成，并在部分负荷时提高燃料的经济性。从技术原理出发看市场渗透率趋势，目前柴油车 EGR 装配率已达到较高水平，乘用车（汽油车）相对偏低，我们认为后续随着国标排放标准趋严，乘用车（汽油车）市场EGR 渗透率或有提升空间，EGR系统技术升级也有望带来价值增量。

汽油车机外后处理路线采用 TWC＋GPF 串联，其中 TWC 技术成熟已久，国六标准实施以后主要是 GPF 的渗透率提高。GPF 是一种壁流式的颗粒捕集装置，其内部有很多平行孔道，这些排气物颗粒碰到内壁后会被吸附从而达到颗粒捕集作用，国六以后汽油车加装GPF主要是为满足排放法规中新增的排气中颗粒物 PN 限制要求。在汽车排气系统中增加颗粒捕集器，首先要考虑的就是其布置位置，GPF 与 TWC 的距离显著影响其过滤效率，一方面二者距离较远可以使二者分别处于最佳工作温度区间以提高过滤效率，但过远的距离会导致GPF 入口温度低，GPF 的被动再生工况更少，因此选择合适的距离进行布置对于GPF污染处理效率提升至关重要。

柴油车机外后处理路线采用 DOC+DPF+SCR+ASC 串联，其中DOC+DPF+SCR是成熟且必须的技术，而重型柴油车国六实施以后主要是 ASC 的渗透率提高。ASC安装在整个柴油机后处理系统的末端，主要用于消除 SCR 系统中未反应完全的过量NH₃，防止其排入大气造成二次污染，核心任务是将逃逸的 NH₃高效转化为无害的氮气（N₂）和水（H₂O），同时抑制副产物（如 N₂O、NOx）的生成。