黃標(biāo)車“黃改綠”的應(yīng)用技術(shù)分析

威海職業(yè)學(xué)院（264210）　劉 華

黃標(biāo)車“黃改綠”的應(yīng)用技術(shù)分析

威海職業(yè)學(xué)院（264210）劉 華

自2009年開始，我國汽車產(chǎn)銷量已連續(xù)位居世界第一位，同時(shí)，汽車污染也成為我國空氣污染的重要來源。據(jù)資料介紹，柴油車排放的顆粒物約占我國汽車排放總量的90%。降低柴油車排放的顆粒物已成為我國治理大氣污染重點(diǎn)的治理項(xiàng)目。

1　黃標(biāo)車“黃改綠”

黃標(biāo)車是指排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到國Ⅰ的汽油車或者是達(dá)不到國Ⅲ的柴油車。這一類型的車，貼的環(huán)保標(biāo)志是黃色的，而不是綠色的，俗稱為黃標(biāo)車。

為減少機(jī)動(dòng)車排氣污染，對(duì)部分車況較好、殘存價(jià)值較高的國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)柴油黃標(biāo)車可以通過加裝尾氣凈化設(shè)備，使其顆粒物排放達(dá)到國Ⅲ以上標(biāo)準(zhǔn)的綠標(biāo)車水平，換發(fā)“黃改綠”標(biāo)志（簡(jiǎn)稱“黃改綠”）。

按照有關(guān)政策規(guī)定，參加“黃改綠”的柴油車應(yīng)滿足下列條件：取得黃色環(huán)保檢驗(yàn)合格標(biāo)志；非危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車輛；2005年1月1日后注冊(cè)登記、排放達(dá)到國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)且行駛里程不超過30萬km的車輛；車況及發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)處于良好工作狀態(tài)，并滿足車輛輪邊功率與標(biāo)定功率百分比不小于50%（暫未執(zhí)行）以及自由加速法光吸收系數(shù)不大于2.0 m-1。

車主自愿對(duì)在用柴油黃標(biāo)車進(jìn)行“黃改綠”的，政府給予財(cái)政補(bǔ)貼。按照“黃改綠”的改裝價(jià)格，政府和車主各承擔(dān)50%的費(fèi)用，其中政府承擔(dān)部分原則上不超過同時(shí)段、同車型的黃標(biāo)車提前淘汰補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。

2　柴油機(jī)顆粒物控制技術(shù)

柴油機(jī)顆粒物（PM）排放控制主要包括機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種途徑。所謂機(jī)內(nèi)凈化，就是通過改善柴油的霧化質(zhì)量、優(yōu)化燃燒和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)等手段，減少PM 的生成；而機(jī)外凈化（后處理）是指通過外加的裝置或設(shè)備，將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的PM 排放在從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管排出前加以降低。目前，比較常用的柴油機(jī)顆粒物后處理技術(shù)有柴油機(jī)氧化催化器（DOC）、顆粒氧化催化器（POC）、柴油機(jī)顆粒物過濾器（DPF）等。

2.1柴油機(jī)氧化催化器（DOC）

柴油機(jī)氧化催化器DOC（ Diesel Oxidation Catalyst）是最早使用的柴油機(jī)顆粒物后處理裝置。DOC是將氧化催化劑（主要活性成分是鉑和鈀）涂敷在陶瓷或金屬載體制成的，其結(jié)構(gòu)與汽油車的三元催化器類似。DOC用于氧化廢氣中的CO、HC 及PM 中的部分有機(jī)可溶物（SOF），其對(duì)顆粒物的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到 15%左右。但對(duì)于含硫量較高的柴油，使用DOC 會(huì)使顆粒物排放中的硫酸鹽比例增大，因而降低了氧化SOF 的效果，有時(shí)甚至使PM 排放增加。燃料中的硫還會(huì)引起催化劑中毒，所以，使用高硫柴油會(huì)極大地影響DOC 的凈化效果，也會(huì)降低使用壽命。

2.2顆粒氧化催化器（POC）

顆粒氧化催化器POC（Particle Oxidation Catalyst）的過濾層通常采用金屬網(wǎng)構(gòu)成，其過濾通道為流通式結(jié)構(gòu)，并成褶皺形狀。這種結(jié)構(gòu)使得廢氣在流動(dòng)過程中要么沿著褶皺的通道前行，要么需要穿過過濾層（過濾層即用于捕集顆粒）。DOC的過濾層上游涂覆了貴金屬催化劑，具有選擇性催化氧化功能，在催化劑的作用下，NO2在正常的排氣溫度下分子鍵即可斷裂，NO2→NO+O，產(chǎn)生的O與過濾捕捉到的C顆粒燃燒，生成CO2排出。POC系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)堵塞過濾層的現(xiàn)象，因此，使用中不需要再生和清理過濾層，其對(duì)顆粒物的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到50%左右。

2.3柴油機(jī)顆粒物過濾器（DPF）

柴油機(jī)顆粒物過濾器DPF（Diesel Particulate Filter）是降低柴油機(jī)PM 排放最有效且成熟的后處理技術(shù)。無論采用哪種類型的DPF，分離過程一般都是通過多孔阻礙的方式迫使顆粒物停留在過濾器上。DPF 最常見的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是壁流式濾芯構(gòu)造，該類型DPF 通常采用圓柱形陶瓷結(jié)構(gòu)，在軸向上形成許多的細(xì)小、平行通道，壁流式濾芯結(jié)構(gòu)在過濾層相鄰的通道中，選擇兩端中的任意一端堵塞，從而強(qiáng)迫廢氣通過多孔壁面，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒物的捕集。

（1）DPF的材料。DPF 一般采用的材料包括鐵鉻鎳、鋁鈦酸鹽和多孔碳化硅等，其中，多孔碳化硅具有耐腐蝕、高機(jī)械性能、較好的熱容和熱導(dǎo)，被廣泛地使用。

（2）DPF的再生。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的延長，廢氣中炭煙持續(xù)的流入最終將不可避免堵塞過濾器，使排氣背壓增大，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的性能下降。因此，必須將捕獲到的顆粒物通過氧化從過濾器中去除，此過程簡(jiǎn)稱DPF再生。

根據(jù)再生原理不同，DPF的再生可分為被動(dòng)再生和主動(dòng)再生。被動(dòng)再生是利用燃油添加劑（FBC）或催化劑等來降低顆粒物的著火溫度，使顆粒物在正常的柴油機(jī)排氣溫度下燃燒而進(jìn)行再生；主動(dòng)再生是利用外加能源使排氣溫度達(dá)到顆粒物的著火溫度（500 ℃～600 ℃）而進(jìn)行再生，主要有噴油或噴燃?xì)庵荚偕?、電加熱再生、微波加熱再生、紅外加熱再生及逆向噴氣再生等方式。

3　黃標(biāo)車“黃改綠”的應(yīng)用技術(shù)

目前，環(huán)保部門公布實(shí)施“黃改綠”治理的設(shè)備供應(yīng)企業(yè)推薦名單（第一批）為貴州黃帝車輛凈化器有限公司、北京潤沃達(dá)汽車科技有限公司和深圳車佳科技有限公司。上述三家產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)類似，價(jià)格也差別不大，下文以北京潤沃達(dá)公司產(chǎn)品為例，分析其應(yīng)用的技術(shù)。

3.1系統(tǒng)的組成

北京潤沃達(dá)公司的DPF系統(tǒng)是與意大利倍耐力愛科公司戰(zhàn)略合作產(chǎn)品。該系統(tǒng)采用壁流式無催化劑涂層的碳化硅過濾器，利用燃油添加劑（CAM FBC）實(shí)現(xiàn)被動(dòng)再生，并采用車載電源電加熱實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輔助再生。潤沃達(dá)DPF系統(tǒng)的組成如圖1所示。

（1）過濾器。過濾器安裝在原車的消音器（原消音器拆除）處，其外殼為不銹鋼材料，形狀為圓柱形。過濾器的濾芯為碳化硅材料，其表面無催化劑涂層，過濾器為壁流式，其過濾原理如圖2所示。

過濾器由過濾器本體、前端蓋及后端蓋等三部分組合而成。過濾器本體的外殼為不銹鋼材料，內(nèi)部為碳化硅濾芯（圖3）。過濾器前端蓋的內(nèi)部安裝了電加熱器（圖4），電加熱器的數(shù)量根據(jù)過濾器的型號(hào)不同，有4個(gè)或6個(gè)兩種類型；前端蓋上有過濾器的廢氣入口、將廢氣引入凝液收集器的管接頭以及用于手工清潔過濾器的放氣孔螺塞（圖5）。后端蓋上有過濾器廢氣出口并安裝了排氣溫度傳感器（圖1），用于實(shí)時(shí)檢測(cè)排氣溫度。

在進(jìn)行柴油車“黃改綠”時(shí)，需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的排量及功率，選擇安裝適當(dāng)型號(hào)的過濾器。

（2）添加劑罐及添加劑。添加劑罐為不銹鋼材料制成，容積為10 L左右。添加劑罐內(nèi)安裝了液位傳感器，添加劑電動(dòng)泵將計(jì)量后的添加劑從罐中泵出并經(jīng)濾清器過濾后，經(jīng)過三通與柴油機(jī)的總回油管連接，將添加劑送往燃油箱與柴油混合。液位傳感器用于檢測(cè)添加劑的高度，添加劑的高度不足時(shí)，DPF系統(tǒng)的報(bào)警燈呈紅色、綠色交替閃爍。

添加劑的主要成分為二茂鐵，添加劑的消耗比例為每1 000 L柴油約1.5 L添加劑。潤沃達(dá)公司的添加劑為桶裝（圖6），每桶5 L，市場(chǎng)價(jià)格為500元/桶。添加劑的顏色如圖7所示。

添加劑有毒！加注添加劑時(shí)應(yīng)將桶上面自帶的加注管擰緊在桶蓋上，戴防護(hù)手套及防護(hù)眼鏡，小心加注，并避免吸入蒸發(fā)的氣體。

（3）凝液收集器。凝液收集器將來自過濾器的廢氣進(jìn)行氣液分離，然后送往電控單元，電控單元內(nèi)置了背壓傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)過濾器的背壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾器再生的控制。

（4）電控單元（圖8）。電控單元是整個(gè)DPF系統(tǒng)的控制中心，有一個(gè)導(dǎo)線連接器，共24個(gè)端子（3排、每排8個(gè)端子）以及一個(gè)與冷凝收集器連接的快速管插頭。電控單元通過80 A熔絲供電，電控單元需連接ON電源、搭鐵并通過相關(guān)導(dǎo)線連接器與排氣溫度傳感器、添加劑液位傳感器以及添加劑電動(dòng)泵、電加熱器、指示燈等連接。

（5）報(bào)警指示燈及再生按鈕。為了監(jiān)控DPF系統(tǒng)的工作情況，潤沃達(dá)公司的DPF系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警指示燈及再生按鈕（一般安裝在駕駛?cè)伺赃叺墓ぷ髋_(tái)上，方便駕駛?cè)擞^察及操作）。

3.2系統(tǒng)的控制

北京潤沃達(dá)公司DPF系統(tǒng)的電控部分組成如圖9所示。

添加劑液位傳感器、排氣溫度傳感器、壓差傳感器（內(nèi)置于電控單元內(nèi)）及手動(dòng)再生按鈕向電控單元輸入相關(guān)信號(hào)，電控單元對(duì)添加劑電動(dòng)泵、電加熱器以及指示燈進(jìn)行控制。

由于燃油添加劑經(jīng)過計(jì)量后加入柴油中，使得顆粒物再生溫度從正常600 ℃降至250 ℃～280 ℃，通?？梢岳迷嚨呐艢鉁囟燃纯蓪?shí)現(xiàn)再生；如原車排氣溫度過低（比如在市區(qū)長時(shí)間低速行駛），電加熱器則自動(dòng)開始工作，加熱器的電力需求持續(xù)時(shí)間不超過300 s，而且始終控制在一個(gè)合理范圍，確保不會(huì)影響汽車蓄電池的使用壽命。

指示燈由電控單元控制，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，若指示燈為綠色且常亮，表示DPF系統(tǒng)正常工作；若指示燈為紅色/綠色交替閃爍，表示需要補(bǔ)充添加劑；若指示燈為紅色且閃爍，表示需要手動(dòng)再生；若指示燈為綠色且閃爍，表示手動(dòng)再生正在進(jìn)行中；若指示燈為紅色且常亮，表示過濾器堵塞。

發(fā)動(dòng)機(jī)打著火后，預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，盡量提高過濾器進(jìn)口端的溫度；在整個(gè)再生過程中保持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；按下再生按鈕直到指示燈變?yōu)殚W爍的綠燈，松開按鈕；如果按下按鈕10 s 后，指示燈未變成閃爍的綠燈，需繼續(xù)讓發(fā)動(dòng)機(jī)升溫，然后重復(fù)上一步驟；大約5 min后，指示燈變?yōu)榱司G色，表示再生過程結(jié)束。

潤沃達(dá)公司DPF系統(tǒng)可以通過安裝倍耐力診斷軟件的PC版的診斷儀進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)定以及故障診斷。倍耐力診斷軟件的開機(jī)畫面如圖10所示。

3.3系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）排放性能得到明顯改善.改裝后的柴油車?yán)米杂杉铀俜y(cè)量光吸收系數(shù)小于0.5m-1，同時(shí)，顆粒物排放減少95%以上。

（2）對(duì)原車的動(dòng)力性影響小。柴油車安裝DPF系統(tǒng)后，原車的動(dòng)力性下降一般不超過1%。

（3）安全性好。DPF系統(tǒng)由于不用噴油二次燃燒，過濾器內(nèi)溫度約350 ℃左右，過濾器外表面溫度不超過70 ℃，排放溫度低，安全性能高。

（4） 經(jīng)濟(jì)性好。安裝DPF系統(tǒng)后對(duì)車輛燃油經(jīng)濟(jì)性不會(huì)造成明顯的影響，并且對(duì)柴油中硫的含量無要求。每6個(gè)月（或工作臺(tái)上指示燈為紅色且常亮）應(yīng)檢查DPF系統(tǒng)并清潔過濾器，使用維護(hù)成本較低。

2015-09-10）