张运虎，王东元，张超

（长安大学，陕西 西安 710064）

浅谈柴油机满足国IV两条技术路线

张运虎，王东元，张超

（长安大学，陕西 西安 710064）

近年来，随着人们对环境保护的日趋重视，世界各国对内燃机废气排放的要求变得越来越严格，轻型柴油车开始实施国IV标准。目前由于机内排放控制并不能完全起到净化效果，因此对已排出燃烧室但尚未排到大气中的废气进行处理，采取机外控制技术显得很有必要。

柴油机；排放；机外；PM；NOx；国IV

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

引言

机动车保有量的快速增加，使机动车污染防治的重要性和紧迫性日益凸显。监测表明，我国城市空气开始呈现出煤烟和机动车尾气复合污染的特点。一些地区灰霾、酸雨和光化学烟雾等区域性大气污染问题频繁发生，这些问题的产生都与车辆尾气排放密切相关。同时，由于机动车大多行驶在人口密集区域，尾气排放直接影响群众健康。轻型柴油车将开始实施国Ⅳ标准，可见近几年来排放法规对柴油机汽车的排放控制要求有多么严格，当然正是这么严格的排放法规促进了汽车排放控制技术不断向前发展。

目前由于机内控制排放并不能完全起到净化效果，因此对已排出燃烧室但尚未排到大气中的废气进行处理，采取机外控制技术显得很有必要。对汽车柴油机排放控制技术的研究，特别是机外排放控制技术以及关于满足国IV排放标准的柴油机排放技术的研究有现实意义。

1、柴油机排放控制两条主流技术路线

氮氧化物和颗粒排放的矛盾和关系，我们通过缸内优化，尽可能通过缸内优化把这个线往座标原点方向移。其一是“优化燃烧+SCR (选择性催化还原)”技术路线，简称SCR路线，它是通过优化喷油和燃烧过程，尽量在机内控制微粒PM的产生，而在机外后处理过程中，采用尿素溶液对氮氧化物NOx进行选择性催化还原，这一技术路线在欧洲占主流；其二是“EGR+DOC/DPF/POC(废气再循环+柴油氧化催化器/柴油微粒捕集器/颗粒氧化催化器)”技术路线，其中以“EGR+DPF”应用最广泛，简称EGR+路线，它以废气再循环为基础，在机内抑制NOx的产生，在机外后处理过程中采用柴油氧化催化器、或柴油微粒捕集器(当今主流)、或颗粒氧化催化器对PM进行氧化催化或过滤捕捉，这一技术路线在北美市场占主流(欧洲短途运输和城市公交车也主要选择此方案)。

（1）优化燃烧+ SCR(选择性催化还原)技术路线。

如图3.1所示, 国IV 之前, 通过增压、中冷技术和电控高压燃油喷射等机内净化技术, 然后再采取NOx和PM 折中的方法, 就可以使NOx和PM都达到国III限值。优化燃烧+ SCR 技术是先通过进一步优化喷油和燃烧过程, 尽量在机内控制PM颗粒物的产生, 但是这会使NOx急剧增加, 大大超过限值, 然后在机外后处理过程, 采用SCR 技术, 向尾气中喷射尿素溶液对NOx进行选择性催化还原,降低NOx排放, 达到国IV甚至国V阶段限值。

（2）EGR (废气再循环) + DPF(颗粒捕集器)技术路线

它以EGR为基础, 在机内抑制NOX的产生, 在机外后处理过程中采用颗粒捕集器对PM进行颗粒捕捉, 从而达到同时降低NOX和PM 的效果, 如图1是EGR + DPF 曲线所示。

2、两条技术路线的比较

燃烧优化+SCR的优点是燃油经济型好，燃油喷射压力要求相对较低，对机油含碳要求低，对燃料内含硫不敏感（可接受500ppm），对原国III发动机结构不需修改。缺点是：需要尿素供应基础设施建设，需要防止氨气排泄技术，要求降低发动机对润滑油的消耗，对系统布置空间要求高（需要添加尿素箱）。 SCR技术可以采用加油时加尿素，或加几次油加一次尿素，取决于尿素箱与油箱容积比例及运行工况。SCR一个很重要的方面体现在OBD上，OBD策略比EGR要复杂的多。

表1 基于国IV标准, 两种排气后处理技术的比较

EGR+DPF相比燃烧优化+SCR的优点有不需要尿素供应系统，系统体积小。缺点是由于EGR系统导致燃烧爆发压力高，对燃油中硫含量敏感（不超过50ppm），燃油滞后喷射有机油含碳问题，多数情况下需要改变国III发动机的现有结构，DPF的清洁再生复杂而且常常不能保证效果。可见, 两种技术路线各有优缺点。表1给出两条技术路线优缺点比较。

3、总结和展望

发动机燃烧控制技术、燃油品质提高技术、排气后处理技术是发动机3个相辅相成的技术。一方面发动机新型燃油喷射和燃烧控制技术,可以灵活方便地为排气后处理提供合适的温度和组分环境;另一方面,燃油品质的提高,特别是柴油硫含量的逐渐降低,在使燃烧本身产生较少污染的同时也提高了发动机后处理技术的耐久性和可靠性。因而柴油机排气污染问题的解决,也必须依靠以上三方面技术的发展。

未来，氮氧化合物减排系统因排放法规的要求要更多运用，并且会包括氮氧捕集技术或者选择性还原技术，通过采用氨水溶液中的氨。当这些方法充分地发展以后，四元催化多功能系统会快速发展，这和传统汽车乘用车上的三元催化系统很类似。

[1] 黄玮.柴油发动机构造与原理[M].北京:科学出版社，2009：1-22,185-249.

[2] 刘浩，焦俊平.浅谈柴油机排放性能控制技术[ J] . 青海科技, 2011，( 2) ：130-132.

[3] 黄鹏.采用SCR 技术降低车用柴油机的NOx 排放[J]. 交通环保,2004,25(6):40-42.

[4] 戚爱玲.车用柴油机满足国IV排放阶段技术路线分析[J].环境保护,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

张运虎，硕士研究生，就读于长安大学。

PM和NOx是柴油机主要排放污染物，如何同时降低这两种尾气组成，达到国Ⅳ排放水平，是当今世界柴油机技术的难点和研究热点。

本文介绍目前国内满足柴油机国IV排放标准的SCR和EGR DPF/DOC两种主流技术路线。通过对比分析两种系统的原理和优缺点得出适合国内发展的路线，并浅谈未来柴油机排放控制的发展方向。

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.