柴油機(jī)國(guó)W/國(guó)V技術(shù)路線

作者：文章來(lái)源：巴斯夫（中國(guó)）有限公司點(diǎn)擊數(shù)：5更新時(shí)間：2010-07-07

為了保護(hù)環(huán)境，世界各國(guó)相繼出臺(tái)了控制機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的法規(guī)。對(duì)于重型柴油機(jī)，為了應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，單純的機(jī)內(nèi)凈化已很難滿足要求；更多地是將其與機(jī)外凈化（后處理）措施相結(jié)合。在中國(guó)，隨著國(guó)III法規(guī)的實(shí)施，國(guó)w甚至國(guó)v也漸行漸近，對(duì)企業(yè)而言，在省油時(shí)代，選擇合適的后處理技術(shù)路線已迫在眉睫。

國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)及應(yīng)對(duì)方案

無(wú)論是歐洲還是美國(guó)，對(duì)于未來(lái)即將實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)，都主要針對(duì)NOx和PM排放采取了更為嚴(yán)格的限制。在中國(guó)，重型柴油車(chē)國(guó)III/國(guó)W/國(guó)V排放標(biāo)準(zhǔn)已于2006年發(fā)布，技術(shù)內(nèi)容等效于歐洲相應(yīng)技術(shù)法規(guī)。預(yù)計(jì)在中國(guó)實(shí)施時(shí)間分別是2008年、2010年和2012年，北京市在2008年已經(jīng)開(kāi)始執(zhí)行國(guó)W標(biāo)準(zhǔn)。

為了既滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，又降低柴油機(jī)的油耗，通常需要考慮以下三個(gè)方面：

1．提升燃油品質(zhì)包括降低柴油中的硫含量、膠質(zhì)含量，控制多環(huán)芳烴含量、十六烷值，提高潤(rùn)滑性能、添加劑的使用等。

2．柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化

機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)包括電控高壓燃油噴射技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)、多氣門(mén)技術(shù)、可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)、可變壓縮比技術(shù)、均質(zhì)混合壓燃技術(shù)

（HCCI）以及優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)和參數(shù)的相關(guān)技術(shù)等。

3．柴油機(jī)機(jī)外凈化

在幾近苛刻的歐W/國(guó)V排放法規(guī)面前，僅依靠以上的技術(shù)還是不夠的，必須綜合使用排氣后處理技術(shù)來(lái)控制排放。國(guó)際上，絕大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都是在改進(jìn)歐III發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，再加上SCR或EGR+DOC+DPF等后處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。后處理技術(shù)路線

1.選擇性催化還原SCR

SCR系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)內(nèi)凈化降低PM排放，然后利用SCR系統(tǒng)降低NOx排放，從而滿足國(guó)W乃至國(guó)V排放法規(guī)對(duì)于PM和NOx的限制?；竟ぷ髟砜蓞⒁?jiàn)圖1。

圖1SCR系統(tǒng)原理圖

2.廢氣再循環(huán)EGR

對(duì)于EGR系統(tǒng)，通過(guò)EGR將NOx排放降低到標(biāo)準(zhǔn)要求以下，通過(guò)DOC（氧化催化劑）或者DOC+DPF（顆粒物過(guò)濾器）將TPM（總顆粒物）排放降低到滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求?；竟ぷ髟砜蓞⒁?jiàn)圖2。

空氣冷卻器

閥

圖2EGR+DOC+DPF系統(tǒng)原理圖

EGR系統(tǒng)有以下幾種形式：

EGR+D0C：通過(guò)EGR降低NOx排放，同時(shí)大幅提高噴油壓力并增加DOC以降低TPM排放。斯堪尼亞在EGR基礎(chǔ)上，將噴油壓力增加到220MPa以上，再加上DOC,實(shí)現(xiàn)了歐W排放。

EGR+DOC+DPF:根據(jù)過(guò)濾器再生方式不同，又分為主動(dòng)再生型和被動(dòng)再生型，參見(jiàn)圖3。

被動(dòng)

再生

鰹油燃燒產(chǎn)生応達(dá)C(soot；-0.-C0-eoor^上的高溫i>

主動(dòng)

再生

(DPF-)

圖3主動(dòng)再生DPF和被動(dòng)再生DPF工作原理示意圖

①主動(dòng)再生型：通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)后噴燃油或者在排氣管中噴入燃油，燃油在DOC內(nèi)燃燒提供DPF再生所需要的高溫，從而達(dá)到減少DPF內(nèi)顆粒物的目的。目前,歐美都以主動(dòng)再生技術(shù)為主。

②被動(dòng)再生型：廢氣中的NO在DOC內(nèi)反應(yīng)生成NO2,NOs與碳粒反應(yīng)達(dá)到被

動(dòng)再生的目的。該技術(shù)曾被廣泛使用于歐美在用車(chē)改造；但是，由于被動(dòng)再生需要低硫燃油，同時(shí)還受到發(fā)動(dòng)機(jī)工況、負(fù)載以及排溫的影響，所以在安裝被動(dòng)再生系統(tǒng)之前一定要保證能夠提供再生所需要的條件。目前，歐美國(guó)家單純地采用被動(dòng)再生技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越少。另外，也有制造商使用EGR+DOC+POC(流通式顆粒捕集器)系統(tǒng)作為一種過(guò)渡技術(shù)達(dá)到歐W排放。該系統(tǒng)需要與被動(dòng)再生DPF相同的工作條件。

不同技術(shù)路線之比較分析

表對(duì)可實(shí)現(xiàn)國(guó)W/國(guó)V排放性能的兩大主流技術(shù)SCR和EGR+DOC+DPF技術(shù)，從發(fā)動(dòng)機(jī)本身、后處理系統(tǒng)、對(duì)燃油和機(jī)油的要求以及經(jīng)濟(jì)性能等四個(gè)主要性能進(jìn)行了比較。

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通過(guò)比較，我們不難得到如下結(jié)論：

1.SCR系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體改動(dòng)小，發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性好，燃油經(jīng)濟(jì)性好，對(duì)燃油油品和機(jī)油品質(zhì)要求較低，沒(méi)有催化器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)升級(jí)連續(xù)性較好，不需要噴油再生控制裝置（相對(duì)主動(dòng)再生DPF），對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和維修保養(yǎng)費(fèi)用較低。但是，SCR系統(tǒng)需要增加尿素噴射系統(tǒng)，對(duì)封裝的要求也比較高。SCR系統(tǒng)需要解決的是尿素供應(yīng)的問(wèn)題。

2.EGR+DOC+DPF系統(tǒng)

對(duì)于被動(dòng)再生系統(tǒng)而言，油耗偏高，需要增加EGR及其冷卻系統(tǒng)，需要超低硫含量的燃油以及高品質(zhì)潤(rùn)滑油，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身及后處理的維護(hù)保養(yǎng)要求較高，否則會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命并可能造成催化器堵塞風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)連續(xù)升級(jí)性較差。不過(guò)，被動(dòng)再生系統(tǒng)不需要增加尿素噴射系統(tǒng)，對(duì)封裝的要求也較低。對(duì)于主動(dòng)再生系統(tǒng)而言，除了要滿足上述被動(dòng)再生系統(tǒng)的要求之外，還需要增加噴油再生裝置并做更復(fù)雜的標(biāo)定，增加了開(kāi)發(fā)成本以及標(biāo)定難度。EGR+DOC+DPF系統(tǒng)的主要問(wèn)題是如何解決全國(guó)范圍內(nèi)低硫柴油的供應(yīng)和更復(fù)雜的系統(tǒng)標(biāo)定問(wèn)題。國(guó)外技術(shù)選擇及執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)

從國(guó)外的實(shí)際情況來(lái)看：在歐洲，大部分國(guó)家選擇SCR作為主流的技術(shù)路線；在美國(guó)，則主要選擇EGR+DOC+DPF技術(shù)路線。

歐洲的大部分廠商之所以選擇SCR技術(shù)來(lái)滿足歐W/歐V排放標(biāo)準(zhǔn)，主要是出于成本因素，歐洲的燃油價(jià)格很高，SCR技術(shù)較好的燃油經(jīng)濟(jì)使該技術(shù)成為首選。當(dāng)然，在有些地方仍然需要采用EGR+DOC+DPF技術(shù)，因?yàn)槟承┑胤饺匀灰?guī)定未加裝顆粒過(guò)濾器的車(chē)輛不得進(jìn)入市區(qū)。

而目前美國(guó)主要采用主動(dòng)再生EGR+DOC+DPF技術(shù)來(lái)滿足US2007排放法規(guī)。

原因在于，美國(guó)的燃油價(jià)格比較低，尿素供應(yīng)系統(tǒng)及其相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚未健全；同時(shí)，US2007HDD標(biāo)準(zhǔn)提出了新車(chē)240000km無(wú)維修的要求，這也在一定程度上阻止了SCR技術(shù)在美國(guó)的應(yīng)用，因?yàn)槭褂肧CR技術(shù)約每5000km,就要添加一次尿素。因此如要采用SCR技術(shù)，需要申請(qǐng)?zhí)貏e許可。不過(guò)，最近美國(guó)EPA發(fā)布了認(rèn)證SCR技術(shù)的輕型和重型柴油車(chē)申請(qǐng)排放證書(shū)程序

（EPA-HQ-OAR-2006-0886-0002），表明美國(guó)市場(chǎng)也開(kāi)始使用SCR技術(shù)。

對(duì)于要求更高的歐切以及美國(guó)EPA2010排放標(biāo)準(zhǔn)，單純的靠SCR或者EGR+DOC+DPF技術(shù)都很難達(dá)到要求，必須把兩者相結(jié)合才能滿足要求。最近，戴姆勒宣布其BlueTec系統(tǒng)將采用SCR技術(shù)以滿足美國(guó)EPA2010標(biāo)準(zhǔn)；而康明斯近日也宣布在其中型柴油機(jī)上使用SCR技術(shù)以滿足EPA2010。

尚待解決的幾個(gè)問(wèn)題對(duì)于低硫柴油的供應(yīng)，政府須起到督促和促進(jìn)的作用。歐洲計(jì)劃將從2009年起在歐洲全面使用無(wú)硫柴油（硫含量低于10ppm），實(shí)施時(shí)間比原計(jì)劃提早了兩年。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署規(guī)定從2007年開(kāi)始，硫含量必須低于15ppm。而我國(guó)歐W的柴油標(biāo)準(zhǔn)還待盡快出臺(tái)。

尿素供應(yīng)可以參考國(guó)外的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，比如在歐洲是由尿素生產(chǎn)商、車(chē)輛制造商、石油公司甚至一些物流公司共同來(lái)負(fù)責(zé)。目前，在整個(gè)歐洲已有6000多個(gè)尿素供應(yīng)點(diǎn)。比如，在服務(wù)區(qū)、車(chē)輛維修站、加油站以及汽車(chē)專(zhuān)賣(mài)店等地點(diǎn)供應(yīng)尿素還原劑。可利用便攜式的尿素罐來(lái)供給尿素（常見(jiàn)如5L、10L和18L）；也可以設(shè)置和加注燃料一樣的尿素泵，供給尿素。對(duì)于卡車(chē)車(chē)隊(duì)或者公交公司等，可以在本單位內(nèi)部設(shè)置中小型的散裝容器，儲(chǔ)存尿素以備使用?？晒┻x擇的有中型散裝容器以及小型散裝容器。

在美國(guó)，尿素供應(yīng)制度主要責(zé)任在供應(yīng)商，有以下幾種方式：

汽車(chē)分銷(xiāo)商供應(yīng)尿素還原劑

可由汽車(chē)制造商負(fù)責(zé)向其分銷(xiāo)商提供足夠用的尿素還原劑，當(dāng)其汽車(chē)客戶需要添加尿素時(shí)，可在其汽車(chē)分銷(xiāo)商處購(gòu)得。

卡車(chē)服務(wù)站供應(yīng)尿素還原劑卡車(chē)制造商應(yīng)負(fù)責(zé)在卡車(chē)服務(wù)站或其他公用加油站有足夠的尿素供應(yīng)，以滿足卡車(chē)尿素添加的需要。

應(yīng)急計(jì)劃

汽車(chē)制造商應(yīng)負(fù)責(zé)建立尿素供應(yīng)應(yīng)急計(jì)劃，比如開(kāi)通全天24h服務(wù)熱線，當(dāng)用戶需要添加尿素而無(wú)法在汽車(chē)分銷(xiāo)商或其他可及地點(diǎn)得到時(shí)，可以撥打該電話。國(guó)W/國(guó)V技術(shù)路線的選擇

在中國(guó)，為了滿足國(guó)W/國(guó)V排放法規(guī)，需要找到一條既經(jīng)濟(jì)又可行的適合中國(guó)國(guó)情的后處理技術(shù)路線。我國(guó)在技術(shù)路線選擇時(shí)需要考慮以下幾方面問(wèn)題：一、國(guó)III發(fā)動(dòng)機(jī)及其國(guó)W、國(guó)V升級(jí)，我們還有很長(zhǎng)的路要走。二、國(guó)W及國(guó)V發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅要配備電控高壓共軌系統(tǒng)，還要配備排氣后處理系統(tǒng)以及OBD系統(tǒng)。目前，相應(yīng)技術(shù)和產(chǎn)品在中國(guó)還處于起步階段，成本較高。隨著國(guó)W排放的普及，相應(yīng)的產(chǎn)品批量供貨之后，預(yù)計(jì)成本方面的壓力會(huì)有所減輕。三、國(guó)W法規(guī)的實(shí)際執(zhí)行存在管理難度，此外還有國(guó)W車(chē)輛的生產(chǎn)一致性以及在用車(chē)符合性監(jiān)管，尿素的使用以及低硫柴油的供應(yīng)等問(wèn)題。

從北京奧運(yùn)會(huì)期間國(guó)W實(shí)施的實(shí)際情況來(lái)看，北京成功運(yùn)行了約4500輛采用

SCR技術(shù)的公交柴油車(chē)，由公交公司負(fù)責(zé)尿素供給。沈陽(yáng)、杭州、廣州等其他城市也在試驗(yàn)這種車(chē)輛。

玉柴對(duì)配置YC6L（177kW）發(fā)動(dòng)機(jī)的公交車(chē)運(yùn)行在城區(qū)和城郊工況下的節(jié)能、減排效果進(jìn)行了測(cè)試。初步測(cè)試結(jié)果顯示：一、使用國(guó)W發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)國(guó)III同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗下降3060t/（年千臺(tái)），NOx排放下降720（城區(qū)）?840（城郊）t/（年千臺(tái)），PM排放下降3.6t/（年千臺(tái)）；二、使用國(guó)V發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)國(guó)III同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗下降3060t/（年千臺(tái)），NOx排放下降780（城區(qū)）?964（城郊）t/（年千臺(tái)），PM排放下降3.6t/（年千臺(tái)）；三、春秋季節(jié)尿素消耗量在2.1?2.8L/100km，夏季消耗量在2.5?3L/100km。按每輛公交年行駛30000km計(jì)算，單車(chē)年消耗尿素720L。

從國(guó)外的實(shí)際情況看，無(wú)論是選取SCR還是EGR+DOC+DPF的路線，都是成熟技術(shù)，都是可行的方案。但是考慮到中國(guó)的國(guó)情，對(duì)于我國(guó)的國(guó)W/國(guó)V排放的技術(shù)路線，筆者有以下建議：

首先考慮SCR技術(shù)路線

綜合考慮各種因素，采用SCR技術(shù)應(yīng)該是符合中國(guó)國(guó)情的首要之選。主要是因?yàn)椋?/p>

(1)采用SCR技術(shù)的國(guó)W/國(guó)V發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性好。

(2)SCR技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)小。

(3)SCR國(guó)W/國(guó)V發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃油和機(jī)油要求較低。

(4)SCR在技術(shù)升級(jí)連續(xù)性上具有優(yōu)勢(shì)。

SCR催化器耐久性好，且不存在催化器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

我國(guó)具備在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)尿素基礎(chǔ)設(shè)施的條件。

其次考慮EGR技術(shù)路線

因?yàn)橹鲃?dòng)再生EGR+DOC+DPF技術(shù)TPM轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)IV法規(guī)限值的要求，而主動(dòng)再生標(biāo)定技術(shù)非常復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，成本也較大，所以國(guó)IV階段可暫不考慮。

而作為過(guò)渡階段的被動(dòng)再生EGR+DOC+POC技術(shù)，因?yàn)楸粍?dòng)再生受到許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況的