车用柴油机超低排放控制技术-孙万臣

车用柴油机超低排放控制技术孙万臣2010-04-15我国汽车排放控制趋势

中国采纳欧洲汽车排放标准体系。

2005年发布国家第三/四/五阶段排放标准。北京市2005年底确定提前实施国家第三/四阶段排放标准。总体来说，鼓励措施和提前强制实施相结合来促进低排放汽车的生产和使用。我国轻型车新排放标准1）技术上，等效采用欧III/IV的技术内容。2）各检测项目的实施时间将依据我国国情确定。全国范围内2007/2010年分别开始实施技术推动和竞争需要，厂家部分提前；北京市提前于2005年12月实施III阶段。3）试验用基准油的指标根据国情微调。我国重型车/发动机新排放标准1）技术上，等效采用欧III/IV/V的技术内容。2）各检测项目的实施时间将依据我国国情确定。预计于2007/2010/2012年开始实施；技术推动和竞争需要，厂家部分提前；

北京市于2005年底提前实施IV阶段。满足新排放标准的技术措施

发动机改进

燃烧室改进点火系统改进

EGR

电控喷射稀薄燃烧

排气后处理

三效催化器

NOx催化器汽油车

发动机改进

燃烧室改进

EGR燃烧过程控制电控高压喷射

排气后处理

DOCDPFSCR，LNT柴油车汽油车排放控制技术发展机内净化技术：空燃比更精确控制；汽油机缸内直喷的稀燃技术

（降低排放，有大幅度改善油耗潜力）后处理技术：更先进配方的三效催化器；存储式NOx还原催化剂（稀燃汽油机用）重型柴油车排放控制标准排放法规要求：1）PM90%2）NOx80%排放法规年份CO/g·(kW·h)-1HC/g·(kW·h)-1NOx/g·(kW·h)-1PM/g·(kW·h)-1烟度m-1-注ECE-R49198514.03.518.0—ECE-R49.01欧0199011.22.414.40.70欧Ⅰ1993.104.51.18.00.61①/0.36≤85kW/>85kW欧Ⅱ1996.104.01.17.00.25②Vh≤0.7L/缸n>3000r/min1998.104.01.17.00.15Vh>0.7L/缸欧Ⅲ2000.102.10.665.00.100.8ESC*或ELR**2000.102.10.665.00.13②0.8Vh<0.7L/缸n>3000r/min2000.105.45NMHC0.78/CH40.160.16/0.21②ETC欧Ⅳ2005.101.50.463.50.020.5欧Ⅴ2008.101.50.462.00.020.5欧Ⅵ2012.120.13（0.16）0.040.01注:“*”表示欧洲固定循环；“**”表示欧洲负荷响应。重柴排放控制技术发展ExhaustGasCoolerMVRVChargeAirCoolerDPFEGRReedValveFuelInjectorsAirMeterEGRValvewithSRAforpositioncontrolVGTwithSRAforvanecontrolSCRUreaDosingSystemUreaDosingECUEGRMixer(venturi)NOxWRAFHumidityPMcontrolstrategyforurbanvehiclesNOxcontrolstrategyforlonghaulECUE3实现欧4的技术策略10废气再循环

EGR依靠将一部分发动机排出的废气再次导如发动机汽缸中，将引入的空气和循环废气混合，降低绝热的火焰温度并（在柴油机中）减少过剩的O2。废气还会增加混合气的比热，从而降低燃烧温度的峰值。降低汽车尾气中NOx的生成。柴油机的排气再循环クールドEGRのガス通路内に吸入空気が侵入し、逆流を起こすことを防ぐために逆止弁を採用。これにより空気は一方向にのみ流れ、EGRガスを無駄なく燃焼室に送り込むことができます。

形式1－废气进入压气机入口形式2－废气进入口在压气机后柴油车排放控制技术发展柴油机机内净化技术：1）EGR：降低NOx。2）电控高压喷射技术，如共轨、泵喷嘴降低PM、NOx上述措施可以满足欧3排放要求。但上述机内净化技术不足以满足欧4、欧5排放法规要求中重型柴油车排放控制技术发展中重型车用柴油机实现欧Ⅳ应具有的基本条件中重型车用欧Ⅳ柴油机必须建立在一台有良好基础的电控欧Ⅲ发动机基础上。国外典型的12～13L车用欧Ⅳ柴油机具有如下特征:采用直列6缸形式，单级带空-空中冷涡轮增压系统，同时匹配排气旁通阀和可变截面涡轮增压器或复合增压系统，或采用二级增压系统。控制进气温度很重要，进气温度每减低1℃，NOx可减少0.5%～0.67%。b.采用铸铁缸盖、水冷、4气门结构，喷油嘴垂直中置。4气门结构有使发动机功率提高15%左右、降低油耗4%左右的潜力。c.机体采用铸铁，水冷、湿式缸套，内置式机油冷却器。d.采用整体铝活塞/钢顶铝裙组合活塞/整体钢活塞。中重型柴油车排放控制技术发展e.燃油系统采用电控共轨系统/电控单体泵/电控泵喷嘴/HEUI/高压喷射系统。需电控、3～5次的多次喷射(包括预喷、主喷、后喷)能力和更高的燃油喷射压力。如采用共轨系统，额定工况时最大喷射压力要达到180MPa；如采用电控泵喷嘴或电控单体泵，额定工况时最大喷射压力要达到200MPa。为使油耗降低，应缩短喷油持续期，使放热靠近上止点。借助于喷油规律实现柔和燃烧。表2为欧洲12～13L车用柴油机燃油系统的构成及预估情况。コモンレールシステムとは、高圧化した燃料をコモンレールに蓄え、各インジェクターへ均一に供給し、燃焼室へ噴射するシステムです。高圧の燃料を噴射し完全燃焼させることでPMを減少させ、噴射を複数回行うことで燃焼室の高温化を防ぎNOxを低減させます。このとき重要になるのが、燃料の噴射圧力、噴射タイミングや回数、噴射量であり、これらを電子制御によりきめ細かくコントロールします。

中重型柴油车排放控制技术发展年份排放共轨单体泵泵喷嘴直列泵系统2002欧Ⅲ13%37%29%21%2005欧Ⅳ25%45%30%2010欧Ⅴ46%46%8%欧洲12～13L车用柴油机燃油系统的构成及预估情况

中重型柴油车排放控制技术发展中重型车用柴油机实现欧Ⅳ应具有的基本条件f.进一步优化进气涡流和燃烧系统，采用直口或略微缩口燃烧室，进气涡流比为0.5～1.5，压缩比为16.5～18.5。g.缸内最大爆发压力可达18～22MPa，升功率可达35kW/L。h.进一步控制燃油中的硫含量到50×10-6以下，燃油的十六烷值提高到52或十六烷指数提高到46。i.严格控制活塞环、气门导管、增压器轴承等处的机油泄漏量，将发动机额定工况时机油耗与柴油耗的比值控制到0.1%以下。中重型柴油车排放控制技术发展实现欧Ⅳ的两条主要技术路线要实现欧Ⅳ对NOx和PM都较低的限值，目前有如图1所示的两条技术路线:1、优化燃烧+SCR路线：先通过喷射系统优化和喷射定时提前以降低颗粒物，再使用SCR来降低因燃烧优化而产生的NOx排放；2、EGR+DPF路线：先通过废气再循环降低排放中NOx的成份，再用颗粒捕集器捕集因使用EGR而略有增加的颗粒物，从而达到同时降低NOx和PM的效果。柴油机实现欧Ⅳ排放的技术路线中重型柴油车排放控制技术发展路线1：优化燃烧+SCR此种路线在欧洲采用较多，简称欧洲路线。对于大多数制造商，发展现有的发动机技术是首选的途径。几种可选择的方案：

1、先在发动机机内处理NOx，再处理PM；或者两者都进行后处理。后者存在一个污染源回收的处理问题。2、没有EGR系统，在发动机机内处理NOx

是非常困难的，并且燃油消耗更高。因此，制造商一般采用在发动机机内减少PM排放、在废气中处理NOx

的措施。中重型柴油车排放控制技术发展SCR系统的解决方案:利用商业用的固体尿素和水(水溶液浓度为32.5%±0.5%)；在排气中喷入尿素、氨水等还原性物质；将NOx(主要是NO)还原为N2

和H2O。中重型柴油车排放控制技术发展SCR系统的工作原理中重型柴油车排放控制技术发展用于欧Ⅳ发动机的典型SCR系统示意中重型柴油车排放控制技术发展优点：1、发动机燃油消耗率比较低，油耗可节省5%～7%，若扣除因尿素所增加的费用，还将有节油2%～3%的优势。2、对于燃油品质相对不敏感，戴姆勒·克莱斯勒公司认为甚至含硫量350×10-6以下的欧Ⅲ燃油就可以满足要求。缺点：使用SCR后不但要增加SCR本身装置的质量约150～300kg，另外还要增加1个尿素溶液(AdBlue)箱和尿素溶液。按100L尿素溶液运行7000km计算，一辆汽车损失的有效载荷在400kg左右。SCR系统中的尿素剂量最终由发动机管理系统控制，尿素的喷入量必须要与NOx

的浓度相匹配，在保证降低NOx

的同时，不能超过份量。尿素的喷入量过少，则达不到应有的处理水平，尿素的喷入量过多，则会使多余的氨气排入大气，导致新的污染。所以，必须有高灵敏度的NOx

浓度传感器以及相应的高精度尿素喷射装置。尿素消耗较快，定期添加尿素的责任也必须由用户来完成，加大了装置的复杂性和保养的难度，而且这种装置的价格也是较为昂贵的。目前欧洲市场每升尿素溶液现价为40欧分，每升柴油现价为42欧分。中重型柴油车排放控制技术发展SCR作为新的后处理技术，系统成本高(大约是车辆成本的3%～5%)、初期投资高、操作和保养费用高、需要加1套较复杂的调节还原剂喷射量的控制系统。要求行驶区域内对尿素的供应，并需要车载诊断(OBD)，同时需要车辆使用者有较高的环保意识，自觉及时地添加尿素也是目前实施这一路线的现实困难。在温度较低(-11℃)的情况下，尿素-水溶液会结冰，也使其在寒冷地区的推广使用受到限制，但现已可以通过尿素计量系统的适当加热措施来解决。在SCR技术的应用方面，目前已经基本解决尿素的储存、注入和喷射策略等技术问题，其使用耐久性好，已有几年在柴油机上应用的经验，但还需进一步解决降低SCR装置成本以及尿素加注站的布局等问题。随着对SCR技术的开发研究和排放法规的日趋严格，相信SCR技术在欧Ⅳ机上很快会得到推广。中重型柴油车排放控制技术发展路线2(EGR+DPF)该路线美国采用较多，简称美国路线。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。为达到欧Ⅳ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。中重型柴油车排放控制技术发展路线2(EGR+DPF)该方案成本比SCR低，但它不适合停车起动操作，因为此时发动机排温不可能达到300℃，废气中的黑烟无法在颗粒过滤器中燃烧，同时还存在过滤器堵塞的危险。它更适合发动机排温高而且比较稳定的长途运输使用。典型的中重型车用柴油机配置的EGR+DPF+DOC系统示意中重型柴油车排放控制技术发展为使EGR更有效，EGR冷却系统和散热器必须比普通的大得多，甚至大于路线1中尿素箱的尺寸，可大多数发动机为了减少噪声进行了空间压缩，这增加了冷却问题的解决难度。早期试验表明在欧Ⅳ发动机中使用EGR的燃油效率不如SCR。这条路线对燃油品质的要求更高，要求硫含量达到低于50×10-6

的水平，理想情况要求达到10×10-6～15×10-

6

的水平，这对于我国的石油工业要在2010年前达到这一要求似有困难。要在柴油机上实现微粒捕集器的再生，一般需要附加能源，例如用燃烧器加热、电阻加热或微波加热，这些也在一定程度上增加了这一路线的油耗和系统成本。因为这些原因，许多生产厂商反对采用EGR系统。当然，这并不意味着欧Ⅴ、欧Ⅵ发动机也不会采用。目前，采用这一路线的主要厂商有SWRI、SCANIA、MAN等。中重型柴油车排放控制技术发展两条技术路线比较中重型柴油车排放控制技术发展欧洲Ⅵ排放法规要点

2008年欧盟正式提出欧洲Ⅵ排放法规草案，相对于最早提出的欧洲0(NOx

)和欧洲Ⅰ(PM)的限值均降低98%，已接近0排放，相比欧洲Ⅴ和EEV法规也有大幅降低。欧洲Ⅵ法规于2012年12月31日起开始实施，并于2013年12月31日前用于所有新车中。

欧洲Ⅴ、EEV、欧洲Ⅵ的NOx、PM排放限值的比较表2列出了欧洲Ⅵ排放法规中主要有害排放物的限值。表中排放颗粒数限值待定；PI为正向点火(positiveignition)，火花点火发动机，主要指使用CNG燃料；WHSC，WHTC为全世界谐调的静态(S)和动态(T)测试循环(Worldarmonizeddutycycle)，将在制定后引入，这里是指它们与ESC和ETC测试值相比的修正系数。中重型柴油车排放控制技术发展

建议的欧洲Ⅵ排放法规与欧洲Ⅴ排放法规相比，欧洲Ⅵ有更严格的限制。a)达到排放限值的使用寿命更长；b)除对PM排放称重限制外，还对PM颗粒数予以限制；c)在NOx排放限值中，增加对NO2的限值，主要是因为在后处理系统中应用氧化催化器或微粒过滤器后，NO2与NO的比值在增加，而NO2是一种有毒的强温室气体；d)建立WHDC(WorldHarmonizeddutycycle)和ETC测试结果之间的关系(尚未完成)；e)建立非使用状态下(off-cycle)的排放限值(Not-to-exceed)以及引入全世界谐调的车载诊断装置(WWH-OBD)。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势“欧盟绿色计划”对新一代车用重载发动机的开发预定了3个目标：有价格竞争力；高经济性，大力降低CO2和其他温室气体排放；接近0排放(包括非使用状态)。研发对象是重型载货车、轨道牵引、大客车等城市运输动力，并能应用天然气、GTL、CTL等替代燃料。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

机械开发“绿色计划”新一代柴油机平均有效压力的目标值(Pme>3MPa)，最高燃烧压力大于24MPa，因此，欧洲Ⅵ柴油机的机械开发面临以下新挑战。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势a)在材料选用和结构设计等方面应充分考虑发动机主要零部件机械负荷和热负荷的增加；b)为了改善柴油机排放性和经济性，必须尽可能提高机械效率，要充分运用摩擦学的知识，改进活塞/环组的密封，改进润滑系统和润滑油泵的设计，使用合成润滑油以减少灰分含量，改进轴承系统设计，使机械效率提高到94%以上，润滑油消耗率降到0.1g/(kW·h)以下，润滑油更换周期提高到20×104km以上；c)仔细进行冷却系统的设计，依靠智能热管理系统，随发动机工况(转速和负荷)和大气温度的变化改变冷却水的流率，使有关零部件保持最佳温度状态，减少冷却水泵和风扇的驱动功率，在发动机停机后最好仍能使冷却系统运行一段时间，以避免发动机内“热点”(hotplots)产生。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

燃烧系统燃烧室形状、气缸内气流运动的组织及喷油系统是燃烧系统开发的主要内容，它是影响柴油机性能和排放的最主要因素。尽量挖掘燃烧过程的潜力以减少对价格昂贵的后处理装置的要求。应用三维模拟软件，用来对气缸内的气流运动、燃油喷射、混合气生成、着火等燃烧过程进行模拟计算；应用激光技术，用于观察气缸内宏观气流运动、油束生成及燃烧过程。减少优化燃烧过程的试验开发时间，降低开发成本。近20多年，人们曾集中力量研发HCCI燃烧方式，但研究表明，在高EGR率下应用HCCI燃烧方式最高的pme值约为1MPa，距离欧Ⅵ柴油机要求的3MPa甚远，若采用双燃烧模式运行，在重载柴油机上不太适合。因此，欧Ⅵ重载柴油机的燃烧方式仍然采用传统的扩散燃烧方式。为了进一步优化性能，将采用各种可变机构，如可变气门定时、可变进气涡流等将会得到应用。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

燃油喷射系统燃油喷射系统对柴油机混合气生成、燃烧和排放起着十分重要的作用。对欧洲Ⅵ重载柴油机而言，电控高压共轨式喷油系统可能是目前唯一可供选用的方案，这一系统最大的优点就是喷射压力与发动机的转速和负荷无关。此外，欧洲Ⅵ柴油机还要求对目前使用的共轨系统进行升级换代，其主要要求如下：

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势a)把最高喷射压力提高到200MPa以上，为了避免共轨系统的大部分元件承受高压，一般均采用压力放大系统，放大比为2.5左右(例如BoschCRSN4.2)，这样就把200MPa以上的高压集中在喷油器下部的小范围内。图3示出欧Ⅵ柴油机对喷油压力的要求。EGR率越高，NOx

排放越低，则对喷油压力的要求越高，图上所绘的上下两条限制线，是由于柴油机的燃烧系统和空气系统不同所致。欧Ⅵ柴油机对喷油压力的要求

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势b)在不同的轨压下，能够快速地开启和关闭针阀，关闭速度从原来的1m/s提高到3m/s，使喷油率曲线接近方波，这样可增大油束本身的动量，改善混合气的形成，这对低轨压和小循环喷油量运行工况特别有意义。此外，接近方波的喷油率也增加了循环喷油量，可以使柴油机的功率输出提高10%以上。石英-陶瓷动作器(piezo-ceramicactuator)直接控制针阀启闭的喷油器就能满足上述要求。直接作用式喷油器针阀开启迅速，喷油器持续期比常规电磁阀式喷油器缩短较多，喷孔处的节流作用减小，油束动量增加，卷吸空气量增大，混合气形成得到改善，烟度下降，为满足NOx排放限值(可采用EGR和推迟喷油提前)和改善燃消油耗创造了条件。应用快速启闭针阀可使NOx

和PM排放减少30%。c)直接作用式石英-陶瓷喷油器有极佳的多次喷射功能。一次喷射的最小喷油量为0.5mg，两次喷射之间的最小间隔可达0μs。直接作用式喷油器DFI3和常规电磁阀式喷油器FI1.3性能的比较

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势d)具备可变喷油率的能力。方波喷油率虽然优点很多，但由于进行预混燃烧的油量过多，伴随而来的就是dp/dφ过大，噪声增大，虽然可以应用1～2次预喷射和先期喷射(pilot)的方式来减少噪声，但增加了调试的工作量，最好能避免。对于电磁阀式喷油器，依靠结构设计，可以实现三角形、靴形和山坡形喷油率。对于直接作用式喷油器可依靠改变石英2陶瓷片堆压的方式来实现正常喷油率Nor-malrate)、慢速喷油率(slowrate)和极慢速喷油率(veryslowrate)。e)没有回油和燃油泄漏(Noback-leak)。在石英-陶瓷直接作用式喷油器内部包含一个较大的柴油体积，但不能有回油和漏油现象发生，这样就可简化安装，不需要回油管和燃油冷却器(即使油压高达200MPa)，从而减少驱动高压油泵的功率，改善燃油消耗。在喷射时，喷嘴内部较大的存油体积可以减少压力波的影响。由于欧洲Ⅵ法规的PM排放限值很低，绝对不允许润滑油进入燃油系统，因此原来共轨系统中许多部件的润滑要重新设计。此外，高压作用下喷油器工作的耐久性、可靠性需要重新设计，还要对材料、加工工艺和热处理等多方面进行研究改进。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

涡轮增压和EGR系统为了增大柴油机的单位排量功率及进一步改善经济性和瞬态特性，在欧洲Ⅵ柴油机上可能应用以下3种涡轮增压系统:两级涡轮增压系统、复合式涡轮增压系统及电驱动可变几何参数涡轮增压器(E-VGT)。其中，尤以采用两级涡轮增压系统为首选方案。E-VGT方案的特点是电动机/发电机和涡轮增压器采用同轴连接，其目的是增加发动机低速时的增压压力及降低加速时因增压器滞后造成的PM排放增加。由于电动机可以控制增压压力，因此也改善了汽车的排气制动性能。当发动机高速高负荷运行时，电机以发电机模式工作，可以限制增压器超速。一级涡轮增压器的增压比已达到极限，采用两级增压和复合增压可进一步提高增压压力。可见，采用两级增压可以进一步改善燃油经济性和增加平均有效压力25%以上。其中高压级和低压级涡轮增压器可以分开布置，也可以做成一体，便于在发动机上安装。此外，为了降低NOx排放，发动机采用EGR系统后会使PM排放增加，显然此时采用高的增压压力(同时带来高的燃烧压力)有利。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

涡轮增压和EGR系统在欧Ⅵ柴油机上采用冷却EGR系统，就必需采用两级增压，同时两级增压又为EGR系统的设置和涡轮增压系统本身的控制提供了多种方案，由于使用了多个中冷器和EGR冷却器，必须对发动机冷却系统进行十分细致的设计。针对高压比要求的技术措施二级增压基本原理高压级采用小体积流量实现级间匹配不同的调节方式实现与发动机的匹配二级增压

结构形式—一体化可变特性涡轮

结构形式废气放气阀转动叶片式---性能更好，成本高可变喷嘴滑动叶片式—可靠性和寿命更好方便可靠的制动

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

排气后处理系统达到欧洲Ⅵ排放指标难度很大，单靠发动机本身燃烧过程的改进和使用含S量低的柴油是不可能实现的。因此，对降低PM和NOx均需采用后处理装置，甚至对NOx仅仅应用SCR装置还不够，要求冷却EGR和SCR结合应用。

柴油机氧化催化器(DOC)DOC的作用是在催化剂(一般为Pt/Pd=0.1～0.3)的帮助下，使排气中的CO、HC(包括PM中的SOF)、NO及H2氧化成CO2、H2O和NO2。其主要化学反应式为CO+1/2O2—CO2

Cn

Hm

+(n+m/4)O2—nCO2+m/2H2OH2+1/2O2H2ONO+1/2O2—NO2

NO2—NO+1/2O2

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势降NOx技术

NOx催化转化器（SCR）：从外界喷入还原剂，如氨水或尿素或者柴油，将NOx还原，在柴油车使用过程中要不断地喷入适量还原剂，喷入量由排气中HC和NOx比例决定。该方法可靠性高，但需携带存储还原剂的装置。

NOx吸附器（LNT）：一般由吸附剂和三效催化器组成，因此，除了NOx外，它也能净化HC、CO以及SOF。实际使用中需要一套发动机管理系统（如电控系统），以便及时探测吸附器饱和状况，进而改变发动机工作状况而产生富燃条件，从而将NOx还原。

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

选择性催化还原器(SCR)SCR的作用是利用机外加入的还原剂，在催化剂的帮助下，把废气中的NOx还原成N2和H2O，SCR常用的还原剂是称为AdBlue的水-尿素(water-urea)，常用的催化剂为V2O5-TiO2，整个系统称为“钒/尿素-SCR系统”(vanadiumurea-SCR系统)，其主要化学反应为：(NH2)2CO+H2O—2NH3+2CO2

4NH3+4NO+O2—4N2+6H2O2NH3+NO+NO2—2N2+3H2O4NH3+3NO2—3.5N2+6H2O4NH3+O2—4NO+6H2O研究表明，使用金属基堇青石(Base-metal-zeolite)催化剂，特别是用Fe，Cu置换的γ2堇青石作为催化剂的“金属基/尿素SCR系统”(Base-mentalurea-SCR系统)，比“钒/尿素SCR系统”的性能要好。因此对γ-堇青石作为催化剂的SCR装置的深入研究，是欧洲Ⅵ柴油机发展的一个重要课题。重型柴油车排放控制SCR技术排气管

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

柴油机微粒过滤器(DPF)DPF的主要任务是把微粒中的炭粒氧化，在非催化式滤清器(Non-CatalyzedFilter)中，炭粒(soot)由O2和NO2进行氧化，主要化学反应式为：C+aO2—(a-0.5)CO2+2(1-a)COC+aNO2—aNO+(2-a)CO+(a-1)CO2柴油车排放控制技术发展柴油机后处理技术：1）降PM技术：DOC；DPF；C-DPF颗粒捕集器再生技术

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

后处理装置的组合图示为3种不同的DPF+SCR的组合方案。A方案DOC紧靠排气出口，DOC出口是尿素计量和混合处，SCR放在DPF的前面，称“DOC-SCR-DPF”方案。B方案为DOC之后紧连着DPF，在DPF后的连接管中引进尿素喷射、计量和混合，最后是SCR，称为“DOC-DPF-SCR”方案。C方案是把SCR的催化剂集成在壁流式滤清器上(WSCR)，称为“DOC-WSCR”方案。DOC，SCR，DPF的结构形式、催化剂种类、体积大小、连接管的直径、长短及有无绝热保护层等将影响后处理系统的热状态和热响应时间，从而影响催化剂的起辉特性。针对有害成分的转化效率以及对再生的要求，目前已有的分析程序可对上述各项进行模拟计算，并进行了各种后处理装置组合方案的比较。C方案的结构最为简单，但WSCR仍处于研发阶段，下面主要对A方案和B方案进行比较。3种DPF+SCR组合方案

柴油机达欧洲Ⅵ排放法规的研发趋势

后处理装置的组合a)DOC本身的热惯性(体积)既影响DOC自身起辉(light-off)时刻，也影响后续的后处理装置的热响应时间，适当选用热惯性小的DOC，可缩短SCR(A方案)的加热时间，使NOx的转化效率提高2%;b)SCR放在DPF前面(A方案)的优点是可以减少SCR的加热时间，从而减少冷起动和低负荷工况下的NOx排放;此外，由于DPF放在后面，DPF有源(主动)再生时，降低了燃料燃烧峰值热应力对SCR的影响;其缺点是排气到达DPF时温度低，产生的NO2减少，连续再生捕集(continuousregener-ationTrap，CRT)作用降低，从而增加了有源再生的次数，使燃油消耗率增加;c)DPF放在SCR前面(B方案)的优点是有利于DPF再生，可以有效地利用NO2的无源(被动)再生作用，减少有源再生的次数，提高整机的经济性;缺点是DPF有源再生时的高温与热应力将影响SCR，要求SCR的催化剂既具有高温稳定性，又在低温时有较高的NOx转化效率;由于DPF热惯性大，在冷起动时SCR进口排气温度很低，使NOx排放增加。欧洲Ⅵ柴油机要结合具体使用要求，合理地选择后处理装