中重型车用柴油机实施欧IV排放的技木路径

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.中重型车用柴油机实施欧IV排放的技木路径1 欧洲重型柴油机排放限值的演变 在一些国家和地区，中重型车用柴油机的排放在发动机对环境排放贡献度中要达到70%左右，因此中重型车用柴油机的排放一直是内燃机排放控制领域的重点。2005年欧洲车用发动机已开始实施欧排放法规，其对柴油机提出了更为苛刻的要求。表1为欧洲重型柴油机排放限值的演变，其中NOX排放限值自排放法规实施20年以来下降了81%；PM排放限值15年以来下降了97%。 22 中重重型车用用柴油机机实现欧欧应

2、具有有的基本本条件 中中重型车车用欧柴油机机必须建建立在一一台有良良好基础础的电控控欧1111发动动机基础础上。国国外典型型的122133L车用用欧柴油机机具有如如下特征征： aa.采用用直列66缸形式式，单级级带空一一空中冷冷涡轮增增压系统统，同时时匹配排排气旁通通阀和可可变截面面涡轮增增压器或或复合增增压系统统，或采采用二级级增压系系统。控控制进气气温度很很重要，进进气温度度每减低低1NQ，可可减少00.5%0.67%。 bb.采用用铸铁缸缸盖、水水冷、44气门结结构，喷喷油嘴垂垂直中置置。4气气门结构构有使发发动机功功率提高高15%左右、降降低油耗耗4%左左右的潜潜力。 cc.机体体采用

3、铸铸铁，水水冷、湿湿式缸套套，内置置式机油油冷却器器。 dd.采用用整体铝铝活塞/钢顶铝铝裙组合合活塞/整体钢钢活塞。 ee.燃油油系统采采用电控控共轨系系统/电电控单.体泵/电控泵泵喷嘴/HEUUI/高高压喷射射系统。需需电控、335次次的多次次喷射（包包括预喷喷、主喷喷、后喷喷）能力力和更高高的燃油油喷射压压力。如如采用共共轨系统统，额定定工况时时最大喷喷射压力力要达到到1800 MPPa；如如采用电电控泵喷喷嘴或电电控单体体泵，额额定工况况时最大大喷射压压力要达达到2000 MMPa3。为为使油耗耗降低，应应缩短喷喷油持续续期，使使放热靠靠近上止止点。要要借助于于喷油规规律实现现柔和燃燃

4、烧。表表2为欧欧洲122133 L车车用柴油油机燃油油系统的的构成及及预估情情况。 ff.进一一步优化化进气涡涡流和燃燃烧系统统，采用用直口或或略微缩缩口燃烧烧室，进进气涡流流比为00.51.55，压缩缩比为116.55188.5。 gg.缸内内最大爆爆发压力力可达118222 MMPa，升升功率可可达355 kWW/L。 hh.进一一步控制制燃油中中的硫含含量到550 x110-66以下，燃燃油的十十六烷值值提高到到52或或十六烷烷指数提提高到446。 ii.严格格控制活活塞环、气气门导管管、增压压器轴承承等处的的机油泄泄漏量，将将发动机机额定工工况时机机油耗与与柴油耗耗的比值值控制到到0.

5、11%以下下。 jj.采用用排气后后处理装装置。 为为实现欧欧排放，在在燃烧方方面，目目前技术术状况下下能采用用的技术术措施多多已被采采用，仅仅依靠燃燃烧系统统的优化化已无法法满足要要求，更更多地是是将其与与机后净净化措施施相结合合，来满满足更为为苛刻的的排放要要求。控控制PMM排放的的措施有有氧化催催化器（可可溶性颗颗粒物）、颗颗粒捕集集器（固固体颗粒粒物）。 研研究开发发中的柴柴油机NNOX后后处理方方法，有有选择性性非催化化还原（SSNCRR）、选选择性催催化还原原（SCCR）、非非选择性性催化还还原（NNSCRR）和吸吸附还原原催化剂剂，以及及最新提提出的低低温等离离子体技技术，具具有

6、同时时去除NNOX和和PM的的潜力。 33 实现现欧W的的两条主主要技术术路线 要要实现欧欧对NQQx和PPM都较较低的限限值，目目前有如如图1所所示的两两条技术术路线：其一是是先通过过喷射系系统优化化和喷射射定时提提前以降降低颗粒粒物，再再使用SSCR来来降低因因燃烧优优化而产产生的NNQx排排放；其其二是EEGR+DPFF路线，即即先通过过废气再再循环降降低排放放中NOOx的成成份，再再用颗粒粒捕集器器捕集因因使用EEGR而而略有增增加的颗颗粒、物物，从而而达到同同时降低低NOxx和PMM的效果果6。3.1 路线11（优化化燃烧+SCRR） 此此种路线线在欧洲洲采用较较多，简简称欧洲洲路线

7、。对对于大多多数制造造商，发发展现有有的发动动机技术术是首选选的途径径。有几几种可选选择的方方案：如如先在发发动机机机内处理理NQxx，再处处理PMM；或者者两者都都进行后后处理。后后者存在在一个污污染源回回收的处处理问题题。没有有EGRR系统，在在发动机机机内处处理NOOx是非非常困难难的，并并且燃油油消耗更更高。因因此，制制造商一一般采用用在发动动机机内内减少PPM排放放、在废废气中处处理NOOx的措措施。 在在欧洲，目目前采用用的一种种解决方方案是：利用商商业用的的固体尿尿素和水水（水溶溶液浓度度为322.5%0.55%），在在排气中中喷人尿尿素、氨氨水等还还原性物物质，将将NQxx（主

8、要要是NOO）还原原为N22和H220。如如市面上上销售的的AdBBluee，它无无毒、洁洁净、无无气味、不不易着火火、无爆爆炸危险险，但有有一点点点腐蚀性性，必须须使用特特殊的储储存容器器。图22为SCCR系统统的工作作原理。图图3为用用于欧发动 这这种净化化方案的的发动机机燃油消消耗率比比较低，油油耗可节节省5%7%，若扣扣除因尿尿素所增增加的费费用，还还将有节节油2%3%的优势势。此外外，这一一路线对对于燃油油品质相相对不敏敏感，戴戴姆勒克莱斯斯勒公司司认为甚甚至含硫硫量3550 x110-66以下的的欧燃油就就可以满满足要求求。 但但使用SSCR后后不但要要增加SSCR本本身装置置的质

9、量量约15503300 kg，另另外还要要增加11个尿素素溶液（AAdBllue）箱箱和尿素素溶液。按按1000 L尿尿素溶液液运行77 0000 kkm计算算，一辆辆汽车损损失的有有效载荷荷在4000 kkg左右右。SCCR系统统中的尿尿素剂量量最终由由发动机机管理系系统控制制，尿素素的喷入入量必须须要与NNOx的的浓度相相匹配，在在保证降降低NOOx的同同时，不不能超过过份量。尿尿素的喷喷人量过过少，则则达不到到应有的的处理水水平，尿尿素的喷喷人量过过多，则则会使多多余的氨氨气排入入大气，导导致新的的污染。所所以，必必须有高高灵敏度度的NOOx浓度度传感器器以及相相应的高高精度尿尿素喷射射

10、装置。而而且尿素素消耗较较快，定定期添加加尿素的的责任也也必须由由用户来来完成，这这就加大大了装置置的复杂杂性和保保养的难难度，而而且这种种装置的的价格也也是较为为昂贵的的。目前前欧洲市市场每升升尿素溶溶液现价价为400欧分，每每升柴油油现价为为42欧欧分。 SSCR作作为新的的后处理理技术，由由于系统统成本高高 （大大约是车车辆成本本的3%5%）、初初期投资资高、操操作和保保养费用用高、需需要加11套较复复杂的调调节还原原剂喷射射量的控控制系统统等原因因，在车车用柴油油机上还还没有得得到推广广。其还还要求行行驶区域域内对尿尿素的供供应，并并需要车车载诊断断（OBBD），同同时需要要车辆使使用

11、者有有较高的的环保意意识，自自觉及时时地添加加尿素也也是目前前实施这这一路线线的现实实困难。此此外，在在温度较较低（-11）的情情况下，尿尿素-水水溶液会会结冰，也也使其在在寒冷地地区的推推广使用用受到限限制，但但现已可可以通过过尿素计计量系统统的适当当加热措措施来解解决。在在SCRR技术的的应用方方面，目目前已经经基本解解决尿素素的储存存、注入入和喷射射策略等等技术问问题，其其使用耐耐久性好好，已有有几年在在柴油机机上应用用的经验验，但还还需进一一步解决决降低SSCR装装置成本本以及尿尿素加注注站的布布局等问问题。随随着对SSCR技技术的开开发研究究和排放放法规的的日趋严严格，相相信SCCR

12、技术术在欧机上很很快会得得到推广广。 33.2 路线22（EGGR+DDPF） 该该路线美美国采用用较多，简简称美国国路线。 供油提前角和EGR都对柴油机的NOx排放和PM排放有较大的影响。减小供油提前角，可以使NOx排放降低，但会使PM排放和燃油消耗率增加；而增大EGR率，使废气与进气混合可以降低缸内氧气浓度，从而在燃烧过程中降低气体最高温度的同时可使NOx排放降低，但会使PM排放增加。与减小供油提前角相比，燃油消耗率变化不大，所以在采用降低NOx排放的措施时应首选EGR系统。 EGR可有效地降低NOx排放，但随着EGR率的增加，缸内较低的氧气浓度将会增加颗粒物的排放，并使发动机的排气烟度增

13、加，在中小负荷时烟度值比较小，而大负荷时会使柴油机的排气烟度增大，所以为达到欧排放限值，EGR率一般控制在15%以内，同时还需配合使用DPF微粒捕集器。然而这项技术却潜伏着危险：一方面燃料一中的硫会使微粒捕集系统中毒失效；另一方面，废气中含有的灰分会逐渐地堵塞捕集器，增加排气背压，使油耗恶化。因此，有时在DPF的上游增加一个氧化催化转换器（DOC），其基质用贵金属如白金涂层，就能够改进再生过程的效率，还将进一步降低HC的排放。图4为一典型的中重型车用柴油机配置的EGR+DPF+DOC系统（VGT为可变截面涡轮增压进气系统）。在某些发动机上也有只用DPF或DOC来转化PM的。 该该方案成成本比S

14、SCR低低，但它它不适合合停车起起动操作作，因为为此时发发动机排排温不可可能达到到3000，废气气中的黑黑烟无法法在颗粒粒过滤器器中燃烧烧，同时时还存在在过滤器器堵塞的的危险。它它更适合合发动机机排温高高而且比比较稳定定的长途途运输使使用。 为为使EGGR更有有效，EEGR冷冷却系统统和散热热器必须须比普通通的大得得多，甚甚至大于于路线11中尿素素箱的尺尺寸，可可大多数数发动机机为了减减少噪声声进行了了空间压压缩，这这增加了了冷却问问题的解解决难度度。早期期试验表表明了在在欧W发发动机中中使用EEGR的的燃油效效率不如如SCRR。而且且这条路路线对燃燃油品质质的要求求更高，要要求硫含含量达到到

15、低于550 x110-66的水平平，理想想情况要要求达到到10 xx10-6115x110-66的水平平，这对对于我国国的石油油工业要要在20010年年前达到到这一要要求似有有困难。另另外，要要在柴油油机上实实现微粒粒捕集器器的再生生，一般般需要附附加能源源，例如如用燃烧烧器加热热、电阻阻加热或或微波加加热，这这些也在在一定程程度上增增加了这这一路线线的油耗耗和系统统成本。 正正因为这这些原因因，许多多生产厂厂商反对对采用EEGR系系统。当当然，这这并不意意味着欧欧、欧发动机机也不会会采用。 目目前，采采用这一一路线的的主要厂厂商有SSWRII，SCCANIIA、MMAN等等。 表表3给出出了上述述两条技技术路线线的比较较。 44 结束束语 aa.要实实现欧对NOOx和PPM都较较低的限限值，目目前大致致上有两两