摘要：与车载汽油机相比，车载柴油机具有高效率、低油耗、可靠稳定、高经济性等优点，得到越来越广泛的应用。文章介绍了车载柴油机相比汽油机的优点及尾气排放特性，阐述了等离子催化净化技术处理车载柴油机尾气的原理及相关优势，并从工艺设计和相关设备研发角度，重点探讨了等离子体发生方式、等离子体发生电源、等离子体反应器、多组分催化剂、设备系统等关键部件的选择、设计的方向和应注意的问题，并对该技术的未来应用提出了展望。

关键词：柴油机尾气；等离子体；催化净化技术；研发设计

中图分类号：TK421.5文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）12-0029-02

1概述

机动车尾气已经成为城市主要污染物之一。与汽油机相比，柴油机效率高、油耗低、可靠性和耐久性好，经济性高，而且NOx、CO与HC等的排放明显低于汽油机，其在汽车发动机的应用越来越受到重视。但柴油机的颗粒物排放为汽油机的几十倍，因此解决柴油机的微粒（PM）排放是汽车动力推广使用柴油机的关键所在。当前国内外已进行大规模商业应用的成熟的柴油机尾气净化器主要采用颗粒捕集和催化氧化等技术，结构较复杂，抗硫性不强，运行不稳定。

作为最具开发潜力的气态污染物控制新技术之一，等离子体催化净化技术在国内外工业污染治理领域已经得到了广泛使用。该技术通过等离子体电源对反应器放电，协同催化剂，形成高能粒子、活性基团和强氧化性物质对污染物进行净化。

理论上来说，等离子体催化净化技术可处理柴油机所产生的所有复杂成分，而且具有抗硫性强、耗能少、系统简单、无二次污染等特点，是一种非常有潜力的车载柴油机尾气处理技术。但由于车载柴油机的特殊性，若要将该技术应用于柴油机尾气控制，相关设备应具有体积小、重量轻、功率低、净化率高、运行安全稳定等特点。目前鲜见有关于成熟且可用于治理柴油机车尾气的等离子体催化净化技术及设备的相关商业应用的报导。文章拟对企业研发车载等离子体催化净化技术和相关设备的设计方向及应注意的问题进行初步探讨。

2等离子体催化净化技术及设备开发的研究重点

与工业上常用的等离子体催化净化技术处理污染物不同，等离子体催化净化技术应用于柴油机车尾气净化时在满足等离子体净化技术基础上，还需满足车载小型化、轻便化等要求，且不能对发动机的性能产生较大的影响。所以柴油机车尾气的等离子体净化催化技术及其设备的开发设计应从等离子体发生方式、等离子体发生电源的研制、等离子体反应器的设计、催化剂组分及结构等方面进行考虑。

2.1等离子体发生方式

柴油机车内设备的工作环境压力接近大气压。在此环境下，低温等离子体的发生方式主要包括电晕放电和介质阻挡放电两种。比较两种放电方式，电晕放电是一种尖电极表面的局部放电，放电区域小，耗电量大，不适合车载柴油机尾气处理。

介质阻挡放电（DBD）是将绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，可大面积地产生稳定的流注电晕。净化技术的等离子体发生方式宜采用介质阻挡放电。

2.2等离子体发生电源

等离子体发生电源是等离子体催化净化技术处理污染物的能量来源和核心。小型化、轻便、稳定、低能耗是车载等离子体发生电源的基本要求。为了减小影响柴油机的性能且保证污染物的处理效果，该发生电源的频率、电压、功率都需与发动机进行匹配。

结合采用介质阻挡放电的等离子体发生方式的情况，该设备宜用具有能量压缩技术的低频率高电压交流发生电源，其功率应不超过柴油发动机总功率的10%。

2.3等离子体反应器

等离子体反应器是等离子体发生区域，也是污染物处理的场所。因暂无此类设计标准，其设计方法可参考与其近似的消声器和电除尘器相关设计资料。

反应器应具有良好的结构、等离子区域大、阻力小、气体停留时间适宜、不容易堵塞等优点。故反应器宜选用线管式，反应器的电极线宜采用半径小、抗腐蚀性强、起晕电压低的金属丝状电极以降低等离子体发生的功率要求。在满足处理效果的前提下，反应器的附着介质层应选取介电常数低的材料以降低功率消耗，同时应优化设计，减少介质层的污染和热损耗量。

2.4多组分催化剂

针对柴油机尾气较复杂的情况，需研究适合的多组分高活性催化剂，使之具有较高的催化活性、较强的抗硫性和较好的等离子体协同性。同时使之能克服柴油机低温冷启动时导致现有催化剂活性降低的问题。该催化剂应能降低平衡点温度，以在减少能耗的条件下达到处理目标。

2.5其他

在开发等离子体催化净化技术处理柴油机尾气技术及相关设备时，为了达到工业化应用要求，我们应使产品具备良好的安全性，简单友好的操作界面，灵敏准确的监控及报警系统等条件。

3结语

等离子体催化净化技术是车载柴油机尾气治理新技术中的一种，具有良好市场前景。但目前仍存在若干问题需要广大科研人员去研究开发，如等离子体发生电源研制、反应器结构优化、介质层附着工艺的改进及污染防治、催化剂组分筛选优化、等离子体催化净化污染物反应机理等。随着中国汽车拥有量激增和柴油车占有率的不断提升，研发出一套小型、轻便、稳定、高效的等离子体催化净化车载柴油机尾气新设备，将会推动环保产业的发展，创造出良好的社会和经济效益。

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