我国的机动车污染物控制基本上借鉴了欧洲法规，只是相应法规的实施时间比欧盟晚5～10年。在国Ⅰ至国Ⅲ阶段，排放法规的推行实施都比较顺利，与欧盟的差距逐步缩小。但由于种种原因，柴油车国Ⅳ阶段法规直到2015年1月1日才开始全国范围实施，我国与欧盟的差距在过去几年增大了！

为满足国Ⅴ和国Ⅵ排放法规要求，对国Ⅳ阶段，及欧Ⅴ欧Ⅵ阶段采用的技术路线总结如下：

我国为满足排放法规提升所采用的典型的级技术路线：

（1）国Ⅳ汽油车：采用两级三元催化技术；

（2）国Ⅳ轻型柴油车：EGR+DOC技术；

（3）国Ⅳ重型柴油车：SCR或EGR+DPF,及DOC+POC。

未来中重型柴油车排放标准和技术路线选择分别见表1和表2。

表1  轻型柴油车排放标准和技术路线选择

表2  中重型柴油车排放标准和技术路线选择

综合上表可以看出，柴油机颗粒物控制技术，特别是颗粒物捕集技术器（DPF）应用技术，是柴油机满足未来法规要求的关键技术。在当前的柴油机排放污染物控制技术中，DPF是减少颗粒物排放的最佳路线。DPF在乘用车市场，已经有超过10年的使用经验，在重型柴油车领域，也有超过3年的使用经验。DPF对微粒排放总量和微粒数量减少，都有明显作用，能够实现颗粒物减排85%～95%。

油品问题是导致我国DPF研究落后的主要原因。高硫燃料造成DPF碳烟过载，造成不受控的DPF再生损坏DPF；在被动再生的DPF中，硫通过DPF时被氧化为硫酸盐，增加PM排放量。同时硫氧化物占据反应空间，影响NO向NO₂的转化效率，提高再生温度且降低DPF效率；在主动再生的DPF中，硫酸盐的生成会增加颗粒物排放，背压升高，导致系统更频繁的再生，增加燃料消耗量，缩短保养间隔。

欧Ⅴ、欧Ⅵ阶段柴油机后处理系统采用DOC、DPF及SCR等多个后处理单元，如何构成完善的处理系统，最大限度提高系统利用率？这是开发时需要面对的问题。针对欧Ⅵ标准的后处理系统，方案的主要差异是DPF和SCR催化剂布置位置不同：

图1  满足重型柴油机欧Ⅵ法规的后处理系统（里卡多）

a方案将DPF布置在SCR的上游，DOC产生了大量的热，DPF再生所需的额外能量较少；同时DOC将部分NO氧化为NO₂，提高了DPF的被动再生能力。剩余的NOx会被SCR系统处理，保证了整个系统除去PM和NOx的高效率；这种系统布置的缺点是SCR需要承受发动机运行及DPF再生时所产生的高温，影响SCR的使用寿命。

b方案将SCR放在DOC后，DPF放在气流的最下游。这样布置时，使SCR避免经受DPF再生时的高温，但由于DOC布置靠后，冷启动时转化效率不高，同时在较低温度的工况下，系统的净化效率很低，对某些低速行驶的如城市公交，可能无法达到满意的处理效果。

不论是a还是b方案，都需要采用辅助技术，如喷油、燃烧器和电加热等，来快速提高DOC的温度。MAN的方案如下图所示：

图2   MAN针对欧Ⅵ排放的后处理系统

特定工况如极低负载的运行条件下，DPF的持续再生可能不够充分，在CRT的颗粒捕获器前需要通过喷油来进行主动再生。

沃尔沃也采用类似的后处理系统解决方案满足欧Ⅵ标准，如3所示，该系统的尾气后处理部分也是由DOC+DPF+SCR+ASC来组成的。

图3  沃尔沃D13K欧Ⅵ发动机系统

综上所述，在欧洲主流的解决方案中，DPF布置在SCR上游是主流方式，在DPF之前布置DOC，能够有效地提升DPF入口温度，利用SCR再处理NOx排放，利用ASC催化剂完成对氨泄露的转化，使整个系统都达到了很高的效率，且能有效地利用NO₂进行被动再生。

国Ⅲ和国Ⅳ阶段各厂家对于DOC和SCR技术的应用都有了一定的积累。DPF的应用技术将是满足国Ⅴ和国Ⅵ法规的攻关重点。

DPF技术的发展

最新的研究成果表明，极细颗粒物对健康的影响更加显著，因此最新的欧盟排放法规（例如欧Ⅴ和欧Ⅵ）对极细颗粒设定了颗粒物重量和数量两方面的要求来保证对颗粒物的控制效果。

壁流式颗粒捕获器最常见，尾气从捕获器的一端流入，透过壁面进入相邻的孔道后从另一端流出，颗粒物无法通过壁面而沉积下来。捕获器可以由堇青石、碳化硅陶瓷，或钛酸铝制成。堇青石壁流式捕获器能去除几乎所有的碳烟和金属颗粒，最小过滤直径甚至小于100 nm。按质量分数计算，其过滤效率大于95%，按颗粒数量计算过滤效率大于99%，在很宽的发动机运行工况范围，过滤器都能达到该指标。

碳烟的流入会使捕获器不可避免的堵塞，因此定期烧掉累积在捕获器中的微粒来对其过滤能力进行“再生”非常必要。再生手段包括：

1. 在捕获器的气流入口端匹配一个氧化型催化剂(DOC)，带来两方面好处。一是提高捕获器入口气流的温度；二是增加尾气中NO₂的含量，NO₂比O₂的氧化性更强，能提升被动再生的效率；

2. 在捕获器上涂覆催化剂，来降低微粒燃烧的温度。各涂层厂家都开发了新配方和新工艺，开发目标是降低背压和并通过钯来代替贵金属铂。最新研究表明，即使是在老化后，催化剂中Pt/Pd组成比例在3：1，会比单Pt催化剂有更低的起燃温度：240℃，对比单Pt催化剂的起燃温度为295℃（起燃温度指催化剂开始工作的温度，越低越好）。新涂层能够产生更多的NO₂促进碳烟的被动再生，也更能抵抗硫的污染。另一技术趋势是采用复合其它金属氧化物的铂催化剂去替代单质铂催化剂。新的配方采用铈和锆来促进碳烟在催化剂碳烟界面与氧气接触。一种新配方的基于氧化锆的碳烟催化剂，在入口气流温度降低75℃的情况下，仍能有效的把氧从气态传递到碳烟与催化剂的界面，使碳烟的氧化速率提升70%。

3. 在燃油中添加微量的燃油助燃催化剂（FBC），比如氧化铈或铁基复合添加剂，用计量系统添加到燃油中。FBC在尾气中会与碳烟颗粒混合在一起，使碳烟颗粒在尾气中开始燃烧的温度从650℃降低到350℃，同时提升了燃烧速率，使再生过程仅需2～3 min，燃烧残留物变成灰烬积存在捕获器中。第三代FBC催化剂是浓度3ppm的铁，使用1.7升的储罐就能满足车辆行驶24万公里的要求，并不需要对捕获器的灰烬进行特别的清理。

4. 在DPF的气流上游安装喷油装置。这种方式主要是提高HC在尾气中的含量来提升尾气温度，促进再生反应。

5. 在车辆启动和熄火时采用电加热方式提高尾气温度。捕获器中的颗粒碳烟，可以利用具备强氧化性的NO₂在正常的排气温度下燃尽；或者通过间歇性的后燃提高排气温度，使其在氧气中燃烧。再生时的最高放热温度必须受控，特别是在最恶劣的突降怠速模式下时颗粒物在高温下开始燃烧，发动机尾气流量却减少，极易损坏捕获器。

目前对DPF工作机理的研究已更进一步。捕获器入口壁面上的多孔膜结构能够改进过滤效率和系统背压，同时改善背压与碳烟沉积量之间的相关性。这种相关性能被用于OBD检测，例如根据碳烟的累积与壁的通透性的算法制作碳烟传感器。各种碳烟传感器还在概念开发和实验比较当中，其中之一是利用碳烟构成的电极之间电流的改变来预测颗粒物薄膜厚度的测量方法。

除了DPF之外，还有几种其他类型的捕获器，但应用不是很广泛。

部分流捕获器（POC），柴油部分流捕获器通常使用金属载体,由特殊的多孔金属箔基板与金属网层构成。尾气流过时被导向邻近的通道，颗粒物会被暂时留存在金属网上，直到被NO₂反应燃烧掉。部分流捕获器为去除颗粒物提供了另一种选择，基于不同的滤过直径和运行条件，能提供30%～80%的颗粒过滤效率。

开式捕获器可由不同的材料构成，例如基于纤维结构、“泡沫金属”结构等，开式捕获器并没有存储颗粒物的功能，它们的过滤效率通常受限，因此通常用在改造类的应用上。