刘宇 张海冲

摘要：随着全球对环境污染问题的日益重视，对于汽车尾气排放水平要求越来越严苛，特别是NOx（氮氧化合物）目前国内部分城市已提前实施国六排放标准，轻型柴油车为满足尾气处理要求，各大车企应用了不同的尾气处理技术。本文对国内外已有的几种尾气净化技术进行比较，并对未来的柴油车尾气净化技术进行展望。

关键词：轻型柴油车;国六排放;尾气处理技术

中图分类号：X734.2                                      文献标识码：A                                      文章編号：1674-957X（2020）20-0053-02

0  引言

如何有效地协同净化轻型柴油车尾气中的NOX污染物，增加SCR装置是尾气污染处理的方向。然而由于国六排放法规要求严格，仅增加SCR装置体积需更大，布置空间不足无法在轻型柴油车上应用，为解决此问题，必须增加另一种体积小的装置或在原有技术路线上进行升级以达到柴油车应用目的。本文将比较现有的国六车NOx净化技术，以期对汽车行业尾气治理提供借鉴和参考。

1  法规要求

国家环保部2016年12月31日发布轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）GB18352.6-2016，替代了GB18352.5-2013，并将于2020年7月1日起实施，其中国六法规分为国六a阶段和国六b阶段，尾气限值最大变化在于NOX，两个阶段分别对NOx实施了70%和39%加严（如表1所示），同时增加了RDE要求。

原国五阶段NOX污染物由发动机EGR技术机内净化解决，尾气限值加严后行业内轻型柴油发动机EGR路线无法做到国六水平，倒逼行业做升级技术。

2  NOX尾气处理技术原理比较

目前NOX尾气处理技术有两种，一种是LNT路线（也称NSC），另一种是SDPF（也称SCRF）路线，两条路线共同之处是都附带有SCR装置，均为在SCR装置的基础上进行NOX转化能力的补充。2014年欧洲实施欧六法规以来，LNT在欧洲是主流路线，技术成熟，如图1所示。目前在国内主流主机厂由于开发较早借鉴了欧洲技术路线采用LNT方案，其他主机厂以SDPF路线为主，不过近期行业正在向SDPF路线倾斜，下面将会着重阐述两种路线的几大优劣势，以及行业内技术路线趋势变化的原因。

首先需要了解下两种路线的原理，LNT路线在原理上分为两个阶段，①捕集阶段：（1-2min）稀燃状态（氧气多），在Pt的催化作用下，NO 与O2反应生成NO2，并以硝酸盐的形式吸附在催化器表面;②还原阶段：（2-5s） 浓燃条件下，HC 和CO 把硝酸盐分解释放出的NOX，在Rh作用下与CO，HC和H2反应生成N2，CO2和H2O，并使碱金属再生。如图2所示。

SDPF路线原理为在DPF（颗粒捕集器）上涂有SCR涂层催化剂，涂层材料为铜基分子筛，无贵金属，在原有DPF捕集碳颗粒的基础上增加了NOX转化能力，相当于第一级SCR，系统通过在尾气中喷射尿素，NOx在催化剂的催化作用下与分解出的NH4进行反应生成N2和H2O，达到净化目的。如图3所示。

3  NOX尾气处理技术优劣势比较

LNT路线：优势在于体积小，整车易布置，NOX转化效率高;劣势也很明显LNT对硫元素较敏感极易产生硫酸盐，因此会进行去硫（DeSOx）操作，去硫阶段发动机尾气温度需要进行控制，一般将超800℃，持续时间10min，对发动机本体的热负荷考核较大，对硬件的要求较高，稍有控制不好，LNT将会快速发生劣化耐久性将大打折扣（如图4所示），因此对LNT路线整车的标定难度极大，欧洲虽已应用成熟，但国内标定公司在2018年前还未完全掌握此技术，国内博世公司也在学习，技术并不成熟。同时因脱硫过程会经历高温，国内常规柴油机硬件水平还不能推广应用，为此选择LNT路线的厂家发动机硬件成本也会上升，同时LNT本身成本相比SDPF更高。

SDPF路线：劣势在于DPF需要选择高孔隙率载体（>60%），常规DPF无法满足，目前国内外仅日本NGK，美国康宁两家公司才能达到成熟应用，因工艺技术难度高，国内厂家该类产品仍处于研究阶段没有应用案例，因此成本较高，但相比LNT成本也是有优势的;同时因为要在高孔隙率载体吸附铜基分子筛，SDPF整体背压也较大;受涂层温度所限，需要保证SDPF内部温度低于850℃，因此最大碳载量需要降低，由此车辆的再生里程也会受到较大影响;对于排放性能来说，冷启动阶段转化效率不高，不过可以通过提高排温进行弥补;最大的优势在于始终可以在适当的温度区间正常工作，且标定难度不高，目前国内主流标定公司均可对其进行标定。

国内最大的标定公司博世，对LNT和SDPF路线都进行过标定，且项目都已顺利投产，两到三年的开发周期，博世公司汲取了足够的经验，不过在对比两条技术路线后，博世提供的数据也展示了LNT路线的主要缺点：复杂的标定控制和催化剂的劣化问题。

4  尾气处理路线关注要点

由于LNT路线带来的技术难度和催化剂老化问题，行业内尾气处理路线在向SDPF路线转变，但不管是LNT还是SDPF路线对于主机厂来说开发过程需要关注的重点有以下几点：

①最重要的LNT涂层劣化问题，由于LNT的特性，极易出现硫中毒，同时如果整车出现频繁的去硫操作对发动机的硬件是极大考验;

②LNT路线也需重点关注机油稀释，因为频繁的NOx吸附和释放过程需要尾气温度和lambda控制，对机油会造成影响;

③SDPF需重点关注DPF涂覆后的一致性，目前各大主机厂国六产品均已投放市场，有部分车企出现了SDPF流阻散差问题，原因在于高孔隙率DPF载体孔隙无法做到很好的均匀性，涂覆后流阻会进一步加大，整车上将表现出频繁再生的问题，目前通过标定技术可以进行弥补解决。

5  结论

尽管当前国内LNT和SDPF路线均已应用，但相比各自优劣势，结合国内主流标定公司建议，LNT路线在未来轻型国六柴油机车上将会慢慢减少应用，与LNT路线相比，SDPF更具有应用价值，成本低，技术难度相比更低，标定难度小是其最大优势，预测会在未来的正式国六b（W/RDE）项目上成为行业内应用发展的重要方向。

参考文献：

[1]GB18352.6—2016，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S].

[2]QC/T829-2019，柴油车排气后处理系统技术条件[S].

[3]李金海.国Ⅳ柴油机排放开发与标定研究[D].天津大学，2013.