張運(yùn)虎，王東元，張超

（長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

淺談柴油機(jī)滿足國IV兩條技術(shù)路線

張運(yùn)虎，王東元，張超

（長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

近年來，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日趨重視，世界各國對(duì)內(nèi)燃機(jī)廢氣排放的要求變得越來越嚴(yán)格，輕型柴油車開始實(shí)施國IV標(biāo)準(zhǔn)。目前由于機(jī)內(nèi)排放控制并不能完全起到凈化效果，因此對(duì)已排出燃燒室但尚未排到大氣中的廢氣進(jìn)行處理，采取機(jī)外控制技術(shù)顯得很有必要。

柴油機(jī)；排放；機(jī)外；PM；NOx；國IV

CLC NO.:U464.172Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-08-03

引言

機(jī)動(dòng)車保有量的快速增加，使機(jī)動(dòng)車污染防治的重要性和緊迫性日益凸顯。監(jiān)測(cè)表明，我國城市空氣開始呈現(xiàn)出煤煙和機(jī)動(dòng)車尾氣復(fù)合污染的特點(diǎn)。一些地區(qū)灰霾、酸雨和光化學(xué)煙霧等區(qū)域性大氣污染問題頻繁發(fā)生，這些問題的產(chǎn)生都與車輛尾氣排放密切相關(guān)。同時(shí)，由于機(jī)動(dòng)車大多行駛在人口密集區(qū)域，尾氣排放直接影響群眾健康。輕型柴油車將開始實(shí)施國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，可見近幾年來排放法規(guī)對(duì)柴油機(jī)汽車的排放控制要求有多么嚴(yán)格，當(dāng)然正是這么嚴(yán)格的排放法規(guī)促進(jìn)了汽車排放控制技術(shù)不斷向前發(fā)展。

目前由于機(jī)內(nèi)控制排放并不能完全起到凈化效果，因此對(duì)已排出燃燒室但尚未排到大氣中的廢氣進(jìn)行處理，采取機(jī)外控制技術(shù)顯得很有必要。對(duì)汽車柴油機(jī)排放控制技術(shù)的研究，特別是機(jī)外排放控制技術(shù)以及關(guān)于滿足國IV排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)排放技術(shù)的研究有現(xiàn)實(shí)意義。

1、柴油機(jī)排放控制兩條主流技術(shù)路線

氮氧化物和顆粒排放的矛盾和關(guān)系，我們通過缸內(nèi)優(yōu)化，盡可能通過缸內(nèi)優(yōu)化把這個(gè)線往座標(biāo)原點(diǎn)方向移。其一是“優(yōu)化燃燒+SCR (選擇性催化還原)”技術(shù)路線，簡稱SCR路線，它是通過優(yōu)化噴油和燃燒過程，盡量在機(jī)內(nèi)控制微粒PM的產(chǎn)生，而在機(jī)外后處理過程中，采用尿素溶液對(duì)氮氧化物NOx進(jìn)行選擇性催化還原，這一技術(shù)路線在歐洲占主流；其二是“EGR+DOC/DPF/POC(廢氣再循環(huán)+柴油氧化催化器/柴油微粒捕集器/顆粒氧化催化器)”技術(shù)路線，其中以“EGR+DPF”應(yīng)用最廣泛，簡稱EGR+路線，它以廢氣再循環(huán)為基礎(chǔ)，在機(jī)內(nèi)抑制NOx的產(chǎn)生，在機(jī)外后處理過程中采用柴油氧化催化器、或柴油微粒捕集器(當(dāng)今主流)、或顆粒氧化催化器對(duì)PM進(jìn)行氧化催化或過濾捕捉，這一技術(shù)路線在北美市場(chǎng)占主流(歐洲短途運(yùn)輸和城市公交車也主要選擇此方案)。

（1）優(yōu)化燃燒+ SCR(選擇性催化還原)技術(shù)路線。

如圖3.1所示, 國IV 之前, 通過增壓、中冷技術(shù)和電控高壓燃油噴射等機(jī)內(nèi)凈化技術(shù), 然后再采取NOx和PM 折中的方法, 就可以使NOx和PM都達(dá)到國III限值。優(yōu)化燃燒+ SCR 技術(shù)是先通過進(jìn)一步優(yōu)化噴油和燃燒過程, 盡量在機(jī)內(nèi)控制PM顆粒物的產(chǎn)生, 但是這會(huì)使NOx急劇增加, 大大超過限值, 然后在機(jī)外后處理過程, 采用SCR 技術(shù), 向尾氣中噴射尿素溶液對(duì)NOx進(jìn)行選擇性催化還原,降低NOx排放, 達(dá)到國IV甚至國V階段限值。

（2）EGR (廢氣再循環(huán)) + DPF(顆粒捕集器)技術(shù)路線

它以EGR為基礎(chǔ), 在機(jī)內(nèi)抑制NOX的產(chǎn)生, 在機(jī)外后處理過程中采用顆粒捕集器對(duì)PM進(jìn)行顆粒捕捉, 從而達(dá)到同時(shí)降低NOX和PM 的效果, 如圖1是EGR + DPF 曲線所示。

2、兩條技術(shù)路線的比較

燃燒優(yōu)化+SCR的優(yōu)點(diǎn)是燃油經(jīng)濟(jì)型好，燃油噴射壓力要求相對(duì)較低，對(duì)機(jī)油含碳要求低，對(duì)燃料內(nèi)含硫不敏感（可接受500ppm），對(duì)原國III發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不需修改。缺點(diǎn)是：需要尿素供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，需要防止氨氣排泄技術(shù)，要求降低發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)潤滑油的消耗，對(duì)系統(tǒng)布置空間要求高（需要添加尿素箱）。 SCR技術(shù)可以采用加油時(shí)加尿素，或加幾次油加一次尿素，取決于尿素箱與油箱容積比例及運(yùn)行工況。SCR一個(gè)很重要的方面體現(xiàn)在OBD上，OBD策略比EGR要復(fù)雜的多。

表1 基于國IV標(biāo)準(zhǔn), 兩種排氣后處理技術(shù)的比較

EGR+DPF相比燃燒優(yōu)化+SCR的優(yōu)點(diǎn)有不需要尿素供應(yīng)系統(tǒng)，系統(tǒng)體積小。缺點(diǎn)是由于EGR系統(tǒng)導(dǎo)致燃燒爆發(fā)壓力高，對(duì)燃油中硫含量敏感（不超過50ppm），燃油滯后噴射有機(jī)油含碳問題，多數(shù)情況下需要改變國III發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，DPF的清潔再生復(fù)雜而且常常不能保證效果?？梢? 兩種技術(shù)路線各有優(yōu)缺點(diǎn)。表1給出兩條技術(shù)路線優(yōu)缺點(diǎn)比較。

3、總結(jié)和展望

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制技術(shù)、燃油品質(zhì)提高技術(shù)、排氣后處理技術(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)3個(gè)相輔相成的技術(shù)。一方面發(fā)動(dòng)機(jī)新型燃油噴射和燃燒控制技術(shù),可以靈活方便地為排氣后處理提供合適的溫度和組分環(huán)境;另一方面,燃油品質(zhì)的提高,特別是柴油硫含量的逐漸降低,在使燃燒本身產(chǎn)生較少污染的同時(shí)也提高了發(fā)動(dòng)機(jī)后處理技術(shù)的耐久性和可靠性。因而柴油機(jī)排氣污染問題的解決,也必須依靠以上三方面技術(shù)的發(fā)展。

未來，氮氧化合物減排系統(tǒng)因排放法規(guī)的要求要更多運(yùn)用，并且會(huì)包括氮氧捕集技術(shù)或者選擇性還原技術(shù)，通過采用氨水溶液中的氨。當(dāng)這些方法充分地發(fā)展以后，四元催化多功能系統(tǒng)會(huì)快速發(fā)展，這和傳統(tǒng)汽車乘用車上的三元催化系統(tǒng)很類似。

[1] 黃瑋.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與原理[M].北京:科學(xué)出版社，2009：1-22,185-249.

[2] 劉浩，焦俊平.淺談柴油機(jī)排放性能控制技術(shù)[ J] . 青海科技, 2011，( 2) ：130-132.

[3] 黃鵬.采用SCR 技術(shù)降低車用柴油機(jī)的NOx 排放[J]. 交通環(huán)保,2004,25(6):40-42.

[4] 戚愛玲.車用柴油機(jī)滿足國IV排放階段技術(shù)路線分析[J].環(huán)境保護(hù),2010,(O2).

On the diesel engine to meet the Euro IV two technical routes

Zhang Yunhu, Wang Dongyuan, Zhang Chao
(Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064)

In recent years, as people increasingly pay attention to environmental protection, the world of the internal combustion engine emissions requirements become more stringent, light diesel vehicles start to implement national IV standards. At present, because the machine can not be completely emission control and purify the effect, and therefore have not yet discharged into the atmosphere in the combustion chamber exhaust gas processing, taken out of the machine control technology becomes necessary.

Diesel engine; Emission; Outside the machine; PM；NOx；State IV

U464.172

A

1671-7988(2014)03-08-03

張運(yùn)虎，碩士研究生，就讀于長安大學(xué)。

PM和NOx是柴油機(jī)主要排放污染物，如何同時(shí)降低這兩種尾氣組成，達(dá)到國Ⅳ排放水平，是當(dāng)今世界柴油機(jī)技術(shù)的難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。

本文介紹目前國內(nèi)滿足柴油機(jī)國IV排放標(biāo)準(zhǔn)的SCR和EGR DPF/DOC兩種主流技術(shù)路線。通過對(duì)比分析兩種系統(tǒng)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)得出適合國內(nèi)發(fā)展的路線，并淺談未來柴油機(jī)排放控制的發(fā)展方向。

PM and NOx emissions of major pollutants in diesel engine, while reducing both how the composition of the exhaust gas to reach the country Ⅳ emission levels, is a difficult and hot topic in today's world of diesel engine technology.

This article describes the current domestic diesel engines meet Euro IV emission standards SCR and EGR DPF/DOC two mainstream technology roadmap. Through comparative analysis of the principles and advantages and disadvantages of both systems Good for domestic route development and future direction Talking diesel emissions control.