柴油機(jī)國IV技術(shù)路線介紹

1、載貨汽車（柴油機(jī)）國IV技術(shù)路線介紹一、 概況發(fā)達(dá)國家車用柴油機(jī)為達(dá)到歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)，主要采用以下兩種技術(shù)路線：依靠發(fā)動機(jī)缸內(nèi)措施減少NOX的生成（主要是廢氣再循環(huán)EGR），再采用過濾 及氧化催化型后處理裝置降低排氣中的PM （例如氧化催化轉(zhuǎn)化器DOC、微粒 氧化轉(zhuǎn)化器POC、微粒過濾器或捕集器DPF，以及由此衍生的連續(xù)再生微粒捕 集器CRT（DPF+CR）、催化碳煙過濾器CSF等，這些裝置還可以縱使使用， 如 DOC+DPF、DOC+CRT、DOC+CSF 等。）依靠發(fā)動機(jī)缸內(nèi)措施減少PM的生成，再采用還原催化型后處理裝置降低排氣 中的NOX （例如選擇還原催化轉(zhuǎn)化器SCR、NOX吸附LNT

2、、NOX存儲催化轉(zhuǎn) 化器NSC等）。國外不同國家或地區(qū)根據(jù)其不同的國情和要求，針對不同車型有不同的選 擇。就重型車而言，美國、日本主要采用第一種技術(shù)路線，而歐洲則以第二種 路線為主。在輕型車領(lǐng)域，則普遍傾向第一種技術(shù)路線。我國也需要根據(jù)我國 的國情和要求，進(jìn)行具體的分析和選擇?？紤]到我國石油資源緊缺，節(jié)油至關(guān)重要、代含硫量燃油的普及進(jìn)展較慢、 發(fā)動機(jī)配車功率裕度相對較小，平均排溫較高、Pt、Rh等貴金屬緊缺、尿素 與柴油價(jià)格相差較大等因素，還考慮使用SCR技術(shù)可使燃?xì)庵袣堄郚O2份額 較小，因而對重型車而言經(jīng)二種技術(shù)路線較為合理。而輕型車則受到負(fù)荷相對 較輕，平均排溫相對較代、且車上布置空間較

3、緊，對價(jià)格和使用成本更為敏感 等因素的制約，以采用第一種技術(shù)路線為宜。目前在國IV柴油機(jī)的研發(fā)進(jìn)程 中，我國排量較大的重型和中型柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際采用的均是第二種技術(shù)路 線，而排量較小的輕型車用柴油機(jī)則主要考慮第一種技術(shù)路線。至于下一步要 達(dá)到國V以至歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)，則除了要對缸內(nèi)措施和后處理進(jìn)行進(jìn)一步的和 完善外，可能還需要多種處理裝置的組合使用。二、選擇還原催化系統(tǒng)（SCR）介紹（一）現(xiàn)狀及技術(shù)特點(diǎn)1、80%的歐洲卡車在歐IV階段采用的是SCR技術(shù)策略，而歐V和歐VI 也是延續(xù)更完善的SCR技術(shù)策略。SCR后處理器采用尿素為特征的還原 劑，不僅去除NOX的轉(zhuǎn)換效率最高，同時(shí)排氣中殘留的NO

4、X的NO2份額 較少。2、與DPF技術(shù)方案相比，SCR有5%6%的燃油經(jīng)濟(jì)性好處，全國每年可以 節(jié)約車用柴油燃料500600萬噸，環(huán)保效益和社會效益顯著。雖然新增 了尿素的消耗，但耗量中粉燃油消耗量的3%5%，且價(jià)格低于燃油，目 前進(jìn)口的Adblue（-11C）的價(jià)格約為15元/公斤，自制的尿素還原劑成品 （-11C）的價(jià)格約為1.52.0元/公斤。3、SCR對燃油中的硫不敏感，可以使用500ppm硫含量的柴油，長期運(yùn)行 而轉(zhuǎn)化效率不降低，對目前我國車用柴油的實(shí)際質(zhì)量狀況（例如硫含量、 芳烴指標(biāo)）具有更好的適應(yīng)性。4、采用SCR技術(shù)，不需要對內(nèi)燃機(jī)本身進(jìn)行很大的結(jié)構(gòu)性改進(jìn)，可以使歐 III、I

5、V、V采用同一個發(fā)動機(jī)平臺。5、SCR不需要對發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)做重大改變，而DPF的技術(shù)方案，需要 EGR和EGR冷卻器，到歐V階段，僅EGR冷卻器就需要50到120KW 的消耗功率，對整車熱管理系統(tǒng)影響巨大。6、但SCR系統(tǒng)體積巨大，在輕型車輛上布置困難。7、SCR系統(tǒng)成本較高，300馬力以上的重型發(fā)動機(jī)SCR系統(tǒng)，目前樣品價(jià) 格為7萬元人民幣左右，將來批量供貨的目標(biāo)價(jià)為2萬元人民幣。8、SCR在我國目前正處于研制階段，尚無成熟的定型產(chǎn)品可用于整車。還 原劑也無專用的SCR尿素，且國家對尿素的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、銷售、 添加等環(huán)節(jié)都無明確的政策。（二）關(guān)鍵技術(shù)1、SCR金屬載體的開發(fā)一一需要開發(fā)

6、耐高溫和耐腐蝕的金屬材料；適用于 我國使用條件的大尺寸（520L）整裝金屬載體的生產(chǎn)工藝開發(fā)和在SCR 上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2、 高效SCR催化劑開發(fā)提高催化劑材料（TiO2-V2O5-WO3）在金屬 載體上涂敷粘結(jié)強(qiáng)度的工藝技術(shù)；改進(jìn)催化劑低溫起燃性能（寬范圍溫 度窗口）；提高催化劑的耐硫性。3、SCR封裝設(shè)計(jì)及工藝研究外型殼體材料的耐氧化、耐腐蝕以及經(jīng)濟(jì) 性分析；利用CFD軟軟選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)和外型尺寸，減少背壓損失 并使溫度場分布合理；SCR后處理系統(tǒng)消聲特性研究。4、SCR尿素還原劑的供給裝置及其控制系統(tǒng)ECU和噴射劑量系統(tǒng)DCU的 開發(fā)，包括實(shí)現(xiàn)與發(fā)動機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)ECU以及車載診

7、斷系統(tǒng)OBD 的通訊。5、SCR模擬性能試驗(yàn)研究和批量制造。6、SCR整機(jī)匹配和發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)評價(jià)及抗老化性能（耐久性）。7、SCR還原劑的組成配方消化DIN和ISO技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)使 用技術(shù)規(guī)范的制訂，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。（一）現(xiàn)狀及技術(shù)特點(diǎn)1、顆粒過濾器是布置在發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)上，利用蜂窩陶瓷載體或高密度金 屬絲燒結(jié)氈，不斷改變氣流方向，從而將排氣中的顆粒物截流下來。2、顆粒過濾器捕捉到一定量的顆粒后，會堵塞排氣通道，造成排氣背壓上 升，影響到發(fā)動機(jī)性能，需要將捕捉到的顆粒物消除掉，使排氣恢復(fù)通 暢，這是就是所謂的再生。3、再生方式之一是被動再生，上傳感器測量排氣背壓，當(dāng)背壓上升到一定 數(shù)值后

8、，ECU控制專用噴嘴，往排氣管里噴柴油，在排氣管內(nèi)形成燃 燒火焰，使DPF內(nèi)部溫度上升到600620度，將捕捉到的顆粒燃燒成 CO2排出去。4、再生方式二也是被動再生，由ECU控制發(fā)動機(jī)噴油器，在氣缸燃燒后期 噴油，從而使排氣溫度升高，也使DPF內(nèi)部溫度上升到600620度， 將捕捉到的顆粒燃燒成CO排出去。25、再生方式三還是被動再生，在顆粒捕捉器采用電加熱方法形成高溫，將 捕捉到的顆粒燃燒成CO排出去。26、再生方式四是主動再生，采用在燃油里加添加劑，降低顆粒燃燒的溫度，使捕捉到的顆粒在發(fā)動機(jī)正常工作溫度下即可燃燒成CO排出去。27、DPF的再生，是需要消耗燃料或電力的，所以使用的DPF柴

9、油機(jī)，經(jīng) 濟(jì)性較差。燃油中加添加劑的方法目前不成熟，需要用戶在柴油里加添 加劑，實(shí)際操作中也有困難。8、DPF對燃油中的硫非常敏感，要求使用15ppm的柴油。這是因?yàn)槿加?中的硫會在高溫下形成硫酸鹽，本身就是一種顆粒，造成顆粒排放升高； 其次硫酸鹽附著在載體涂層表面，破壞了涂層，產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，阻 礙氣態(tài)催化反應(yīng)使再生失效，從而引起顆粒物排放超標(biāo)。9、國際上中、重型柴油車所用大尺寸蜂窩陶瓷載體（包括堇青石和碳化硅）絕大多數(shù)市場份額為美國Corning日本NGK公司，主要結(jié)構(gòu)的專 利也為他們所壟斷，不僅在產(chǎn)品的大尺寸規(guī)格上，而且在開孔率、壁厚、 TSP （冷熱激變沖擊試驗(yàn)）性能等方面具有獨(dú)到之

10、處，例如高開孔率（500600日）的壁流式DPF顆粒過濾器，其產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)也占有明 顯的優(yōu)勢。過濾效率也可以達(dá)到98%。（二）關(guān)鍵技術(shù)1、陶瓷結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)DPF高性能過濾材料一一要求高過濾效率、大比表 面積、高熱穩(wěn)定性（1300C以上）和可靠性，包括中、重型車用的5 10L大尺寸和輕型車用的小尺寸規(guī)格。2、DPF的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3、DPF的消聲特性。4、再生技術(shù)研究一一在陶瓷和金屬結(jié)構(gòu)的DPF上，選用低溫活性高、能較 好抑制硫酸鹽形成的氧化催化劑及微粒助燃催化劑。5、DPF與柴油機(jī)及整車匹配集成技術(shù)，包括控制及診斷系統(tǒng)的開發(fā)。6、DPF整機(jī)匹配和發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)評價(jià)及抗老化性能（耐久性）。7、DP

11、F的抗硫性。四、國IV、國V發(fā)動機(jī)技術(shù)路線介紹從國III升級以國IV、國V，尾氣后處理系統(tǒng)是必須的。1、 轎車及輕型車（1）柴油機(jī)在國III電控的基礎(chǔ)上，優(yōu)化EGR系統(tǒng)，提高噴油壓力和爆發(fā) 力，增加DPF生處理裝置，可以升級到國IV、國V；國VI則還需要增加 DPF+SCR。（2）汽油機(jī)在國III電控機(jī)基礎(chǔ)上，增加緊耦合前級三元催化器，優(yōu)化燃燒 過程，可以升級到國IV、國V。2、重型車在電控國III柴油機(jī)基礎(chǔ)上，增加SCR后處理裝置，優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，無須其 它改變，即可達(dá)到國V；國VI則還需要增加DPF+SCRo五、燃料質(zhì)量對柴油車內(nèi)燃機(jī)排放策略的影響行業(yè)現(xiàn)狀：我國車用柴油的質(zhì)量狀況制約了柴油車內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展， 例如柴油餾分中加氫精制的比例很小，其中催化裂化組分約占40%50%； 十六烷值低（4050）；安定性較差；膠質(zhì)高；芳烴含量高；柴油中的硫含量 達(dá)10002000ppm，現(xiàn)尚限于在少數(shù)大城市供應(yīng)的國III車 柴油含硫量也僅 為350 ppm，芳烴