为什么有的柴油车要加尿素？ Sleepy Lin 因为排放问题，需要处理氮氧化物。 不嫌啰嗦继续往下看。 解决排放问题的方法有两种，一种是“预防”，在事物发展的前期遏制问题的发生；一种是“治理”，在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本，后处理治标。柴油机的排放物，主要是氮氧化物 NOx 和和微粒 PM（包含碳烟 DS），其次是 HC 。柴油机的 CO 和 HC 与汽油机相比少很多，但 PM 要多出不少。 柴油机的欧洲排放标准是这样的： 90 年代初，很多技术得到电控的辅助，发展迅速（比如日本电装拉开高压共轨的序幕），通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进，在机内完成净化是可行的，但不论是欧洲还是中国，基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折，完全依靠前处理来达到当下的标准，已经做不到了，CO 作为燃烧完全与否的证据，其标准在后几个阶段都没有变化，这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。 前面提到柴油机的排放物最关键的是 NOx 和 PM，处理微粒主要靠微粒捕集器(DPF)，NOx 则主要靠催化还原。NOx 对于汽油机来说也是比较关键的排放物，汽油机与柴油机的 NOx 排放不会差很多，当然柴油机的控制会难一些，不过两者基本在一个数量级。欧洲是在第三阶段排放标准才正式将 NOx 排放单列一项的： NOx 的生成条件主要是高温富氧。 汽油机的排温比起柴油机要略高 100~200°C，但通过一段管道以后到后处理的部分时基本都差不多。其后处理控制 NOx 主要是通过三效催化剂来完成的，三种贵金属当中的铑 Rh 在较低的温度下就可以催化 NOx 被还原剂还原为氮气，还原剂可以是 H2 也可以是 CO。不过这种还原反应是很依赖环境当中的氧浓度的，氧浓度超过一定限度以后，这种氧化还原反应就很难有效的实现，这是前提。 而不论是汽油机还是柴油机，燃烧过程基本上可以分为滞燃期（着火准备），急燃期（迅速释放能量），以及后燃期（未在急燃期完全燃烧的燃料继续释放能量）。不过柴油机在后燃期之前，一般会认为存在一个缓燃期，这个时期燃烧仍然迅速，缸内压力持续上升，可是活塞已经过了上止点开始下行，气缸容积不断增加，燃烧必须足够快，压力的上升才能抵消气缸容积膨胀的效果，因此总体来说压力上升速度比急燃期更慢。 在后燃期时，因为急燃、缓燃期间产生的废气以及中间产物的存在，氧浓度已经开始下降，如果氧浓度不足，会造成剩余燃料的燃烧急剧恶化，结果就是燃烧不完全经济性下降、微粒排放提升等等的效果。 柴油机的这个现象颇为严重，增压的效果会在这里带来很多利好（事实上如今的柴油机增压器几乎是标配），因此柴油机需要富氧燃烧，可是富氧燃烧是柴油机的 NOx 控制更难的原因。 结合前面提到的三效催化器对氧浓度的依赖，让柴油机使用汽油机的三效催化器是不现实的。 当然调节缸内燃烧也存在矛盾，即 NOx 和 PM 之间的难以调和，此消彼长。 使用尿素处理 NOx 的方法，被称为 SCR (Seletive Catalytic Reduction)，催化作用选择性超强。 SCR 使用的还原剂可以是各种氨类物质，比如氨气 NH3，氨水 NH4OH，尿素(NH2)2CO 等等，甚至是一些 HC。 使用氨气时，工作温度需要在 250~500°Ｃ范围内，相关反应是这样的： 如果温度过低，反应就没办法有效进行，温度过高时，则会损伤催化器，并且会使还原剂直接氧化造成更多的还原剂消耗，导致新的 NOx 生成： 如果使用氨水作为还原剂，效果拔群。可以降低 NOx 排放 95%以上。但是整机需要一套非常复杂的控制系统，而且氨水的气味非常让人难以接受。 所以通常来说，使用尿素更为方便，尿素的水溶液在 200°C 的温度以上，会产生 NH3。 如此，通过喷射以及控制系统，就能够有效的对 NOx 进行处理了。 ECU 通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出 NOx 的排放浓度，通过尿素理论、SCR 催化器的温度对 NOx 的转化率进行估算，并计算所需要的 NH3 量，最后通过 NH3 与尿素之间的关系得到当下需要的尿素喷射量。 效率比较可观，欧四要求的转化率仅为 50%。 对于排放而言，前后处理的技术如何搭配也比较讲究，需要在性能与成本当中做折中。 还记得前面提到的，调节缸内燃烧时 NOx 和 PM 的矛盾么，使用后处理来调和这个矛盾是比较重要的，要达到欧四或者欧五的标准，SCR 已经是比较常见的一条路了。 查看知乎原文
