①被動(dòng)帶催化型柴油顆粒過(guò)濾器PDPF(Passive Diesel Particle Filter)

　　PDPF可以降低PM排放85%左右，可以降低HC和CO排放60%~90%。

　　主動(dòng)和被動(dòng)顆粒過(guò)濾器的大部分部件都可以通用，但是也有一些關(guān)鍵差別。PDPF將一個(gè)氧化催化器與多孔陶瓷、燒結(jié)金屬材料或者金剛砂過(guò)濾器一起集成到一個(gè)類似于消音器排氣管的金屬容器中。

　　PDPF有很多種類設(shè)計(jì)，典型的有兩類：一是采用一個(gè)單獨(dú)的流通式(flow-through)催化器芯(實(shí)際上就是一個(gè)DOC)與一個(gè)非催化過(guò)濾器串聯(lián)；二是采用將催化劑直接涂到過(guò)濾器中的方式。不管哪種方式，PDPF外形就像一個(gè)典型的消音器。

　　尾氣中的氣態(tài)部分從過(guò)濾器的多孔墻壁流過(guò)，而固態(tài)PM顆粒被墻體捕捉。在常規(guī)的柴油機(jī)排氣溫度下，催化器可以促進(jìn)被捕捉到的顆粒的氧化，生成氣態(tài)CO2和水排到空氣中。催化器也可以氧化尾氣中氣態(tài)的VOC和CO，就像典型DOC或者直通式過(guò)濾器FTF(flow-through filter)。

　　PDPF需要尾氣的最低溫度為250~290℃，在此溫度下需要大約35%的時(shí)間來(lái)氧化所捕捉到的顆粒物。這在大多數(shù)的車用發(fā)動(dòng)機(jī)上很容易實(shí)現(xiàn)，但是在一些特定的發(fā)動(dòng)機(jī)和負(fù)荷循環(huán)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度不足以讓PDPF有效工作。通常，PDPF用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于高負(fù)荷的汽車上。

　?、谥鲃?dòng)無(wú)催化型柴油顆粒過(guò)濾器ADPF(Active Diesel Particle Filter)

　　ADPF可以降低PM排放85%左右，可以降低HC和CO排放10%~20%。

　　ADPF也是采用一個(gè)多孔的過(guò)濾器來(lái)捕捉尾氣中的顆粒。但是，為了適應(yīng)更寬的負(fù)荷循環(huán)條件，ADPF還采用了一個(gè)主動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提高過(guò)濾器內(nèi)部溫度。

　　提高過(guò)濾器溫度的最常用方法是往尾氣流中噴射額外數(shù)量燃料，噴射點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管后面和過(guò)濾器前面。當(dāng)這些燃料燃燒時(shí)，尾氣的溫度就升高了。

　　目前已經(jīng)有一種實(shí)現(xiàn)商用的ADPF，這種裝置將一個(gè)電加熱單元置入過(guò)濾器中，當(dāng)汽車行駛時(shí)，過(guò)濾器連續(xù)捕捉PM。晚上駐車時(shí)，駕駛員必須將電加熱單元的插頭接到電源上，用電產(chǎn)生足夠的熱量，在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)將搜集到的顆粒燒掉。

　　由于這種技術(shù)提高了尾氣溫度，ADPF可以應(yīng)用于更多用途的發(fā)動(dòng)機(jī)和更廣的負(fù)荷循環(huán)。

　　(3)顆粒氧化催化器POC(Particulate Oxidation Catalysts)

　　POC又稱分流式過(guò)濾器(Partial Flow Filter)，可以降低PM排放50%~70%，可以降低HC和CO排放60%以上。

　　POC是一種沒(méi)有堵塞現(xiàn)象的柴油顆粒過(guò)濾器，可以在比傳統(tǒng)柴油顆粒過(guò)濾器背壓更低的前提下，高效地降低柴油顆粒物質(zhì)排放。這種技術(shù)可以用于許多無(wú)法使用DPF的地方，如輕負(fù)荷條件和舊的柴油機(jī)。其一般要求燃料硫含量在50ppm下應(yīng)用，最好在15ppm以下。

　　柴油氧化催化器(DOC)和柴油顆粒過(guò)濾器(DPF)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。然而，由于其天生的技術(shù)特性，兩種技術(shù)的應(yīng)用都有一定局限。一般典型的DOC可以應(yīng)用于幾乎所有的重型柴油機(jī)，并且可以降低20%~30%的顆粒物質(zhì)量，但不能明顯降低顆粒物的個(gè)數(shù)。另一方面，DPF可以有效地降低顆粒物排放：質(zhì)量的90%以上，數(shù)量的99%以上。不幸的是，被動(dòng)再生DPF應(yīng)用受到局限，因?yàn)樵擃愡^(guò)濾器的再生受限于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣中NOx與PM的比例以及尾氣溫度。由于這個(gè)原因，被動(dòng)DPF不能廣泛地用于舊的未達(dá)標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　分流式過(guò)濾器POC正好填補(bǔ)了這一空白。這種裝置將DOC與一種獨(dú)特的過(guò)濾技術(shù)合二為一，可以將PM排放降低77%。這一技術(shù)同時(shí)具有直通式(flow through)催化涂層的優(yōu)點(diǎn)和壁流式(wall flow)過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出尾氣中的一部分PM捕捉起來(lái)，而沒(méi)有必要全部捕捉，因此，可以實(shí)現(xiàn)降低PM排放而不造成過(guò)濾器堵塞。由于該技術(shù)的直通(flow through)特點(diǎn)，故盡管超過(guò)過(guò)濾器能力的多余PM沒(méi)有被捕捉到，但因尾氣可以連續(xù)地流動(dòng)而不會(huì)明顯地增加過(guò)濾器背壓。這種系統(tǒng)也可應(yīng)用于被動(dòng)DPF前來(lái)氧化一部分PM，從而使得該被動(dòng)再生系統(tǒng)效率更高。除此之外，該過(guò)濾器不會(huì)積累大量的潤(rùn)滑油灰燼(Ash)，這一優(yōu)點(diǎn)可以延長(zhǎng)過(guò)濾器的定期灰燼(Ash)清潔維護(hù)周期。

　　3.“EGR + ”路線的幾種后處理解決方案

　　(1)EGR+DOC方案

　　即冷卻EGR加上柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器DOC的技術(shù)方案。在歐洲，斯堪尼亞在滿足歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路線時(shí)采用了這一方案。而曼的歐V款4.6L和7L發(fā)動(dòng)機(jī)采用的EGR+Oxi-Kat方案中的Oxi-Kat實(shí)際上就是DOC，用它取代歐IV款發(fā)動(dòng)機(jī)所用的PM-Kat，這是因?yàn)槁臍WV發(fā)動(dòng)機(jī)采用了更高的燃油噴射壓力和復(fù)雜的渦輪增壓技術(shù)，使得PM排放在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部得到降低，只需要用一個(gè)氧化催化器輔助降低NOx和其他排放即可。該方案需要燃油噴射壓力超過(guò)2200bar，需要優(yōu)化燃燒室，采用高級(jí)燃燒技術(shù)。

　　(2) EGR(+DOC)+DPF方案

　　此方案通常有冷卻EGR加上主動(dòng)再生和被動(dòng)再生顆粒過(guò)濾器DPF的兩種技術(shù)方案。EGR(+DOC)+ADPF典型的應(yīng)用實(shí)例有：美國(guó)Navistar公司的Maxxforce發(fā)動(dòng)機(jī)，在滿足EPA2007和EPA2010排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)都采用EGR+DOC+ADPF方案；美國(guó)康明斯在滿足EPA2007法規(guī)時(shí)也采用了這一方案。

　　EGR(+DOC)+PDPF在1999年首次使用，因過(guò)濾器內(nèi)的催化劑促進(jìn)了再生，而DOC則降低了CO、HC和NOx排放，故這一方案擴(kuò)大了被動(dòng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。單獨(dú)采用PDPF的技術(shù)解決方案也是當(dāng)今很多OEM的做法，其可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

　　總體來(lái)看，美國(guó)重型車制造商在滿足EPA2007排放法規(guī)時(shí)幾乎都采用EGR+DPF路線，除了上面提到的兩家外，還有如Mack卡車、沃爾沃北美、FREIGHTLINER/DDC和卡特彼勒都是如此。

　　在曼的EEV客車發(fā)動(dòng)機(jī)系列中，我們還可以見(jiàn)到一種名為EGR+CRT的排放控制技術(shù)，CRT為英文Continuously Regenerating Trap System，對(duì)應(yīng)中文應(yīng)為連續(xù)再生顆粒捕捉系統(tǒng)。CRT實(shí)際上就是一種被動(dòng)再生顆粒過(guò)濾器，即前面提到的PDPF。它是由一家EmiNOx公司生產(chǎn)的。

　　如果采用EGR(+DOC)+DPF這一技術(shù)路線從歐Ⅲ過(guò)渡到歐IV，發(fā)動(dòng)機(jī)一般需要進(jìn)行以下改動(dòng)：①提高EGR性能，發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)EGR率須達(dá)到15%以上；②汽車?yán)鋮s系統(tǒng)需要改進(jìn)；③最高爆發(fā)壓力增加高達(dá)190~195bar，須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化；④燃油噴射壓力須提高至1800bar以上。

　　其次，EGR(+DOC)+DPF方案不適合頻繁停車起動(dòng)操作，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排溫不可能達(dá)到300℃，廢氣中的黑煙無(wú)法在顆粒過(guò)濾器中燃燒，同時(shí)還存在過(guò)濾器堵塞的危險(xiǎn)。它更適合發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度高而且比較穩(wěn)定的長(zhǎng)途運(yùn)輸使用。

　　最后，為使EGR更有效，EGR冷卻系統(tǒng)和散熱器必須比普通的大很多，甚至大于SCR路線中尿素箱的尺寸，可目前大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)為了減少噪聲不斷進(jìn)行空間壓縮，這增加了冷卻問(wèn)題的解決難度。同時(shí)試驗(yàn)表明在歐Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)中使用EGR的燃油效率不如SCR。而且這種路線對(duì)燃油品質(zhì)的要求更高，要求硫含量達(dá)到低于50×10-6的水平，理想情況要求達(dá)到10×10-6~15×10-6的水平，這對(duì)于我國(guó)的石油工業(yè)要在短期內(nèi)達(dá)到顯然不太現(xiàn)實(shí)。另外，如果要在柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)微粒捕集器的再生，一般需要附加能源，例如用燃燒器加熱、電阻加熱或微波加熱，這些也在一定程度上增加了這一路線的油耗和系統(tǒng)成本。

　　正因?yàn)檫@些原因，目前我國(guó)許多生產(chǎn)廠商反對(duì)采用EGR(+DOC)+DPF方案。當(dāng)然，這并不意味著今后也不會(huì)采用。

　　(3)EGR(+DOC)+POC方案

　　冷卻EGR加上分流過(guò)濾器POC也是一種常見(jiàn)的方案。在歐洲，曼已經(jīng)采用這一技術(shù)路線。其特點(diǎn)是：①顆粒物排放控制效率50%以上；②該系統(tǒng)是完全被動(dòng)再生系統(tǒng)，不需要強(qiáng)制再生，不需要ECU控制，也不需要附加裝置；③對(duì)煙灰不敏感，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的煙灰可以直接從POC中通過(guò)。

　　曼的所有歐IV發(fā)動(dòng)機(jī)和多數(shù)歐V發(fā)動(dòng)機(jī)都采用這一方案，曼稱之為EGR+PM-Kat方案。PM-Kat實(shí)際上就是將DOC與POC集于一體而已。