國(guó)六重型柴油機(jī)后處理技術(shù)路線分析

賈傳德

【摘 要】結(jié)合即將出臺(tái)的重型柴油機(jī)國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)，首先對(duì)重型柴油機(jī)發(fā)展前景的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析。以國(guó)內(nèi)部分主流柴油機(jī)品牌為例，匯總了不同廠商國(guó)六產(chǎn)品及所采用的后處理技術(shù)路線。

【關(guān)鍵詞】重型柴油機(jī)；國(guó)六；后處理；技術(shù)路線

中圖分類號(hào)： U464.172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0147-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.067

【Abstract】Combining the forthcoming China Ⅵ standards for heavy-duty diesel engines， the advantages and disadvantages of heavy-duty diesel engines are first analyzed. Taking some of the mainstream diesel engine brands in the country as an example， we have summarized the China Ⅵ products of different manufacturers and the post-processing technology adopted by them.

【Key words】Heavy-duty diesel engine；China Ⅵ；After-treatment；Technical line

1 發(fā)展前景

新能源汽車在低碳排放和零污染控制方面有諸多優(yōu)勢(shì)， 伴隨新能源汽車尤其純電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，部分國(guó)家和地區(qū)公交純電化、禁售燃油汽車的時(shí)間表相繼出臺(tái)，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)正面臨步步緊逼的局面。但另一方面當(dāng)今新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)尚未實(shí)質(zhì)攻克， 且在電池材料的生產(chǎn)和制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的環(huán)境問(wèn)題。因此， 新能源汽車的推廣和廣泛應(yīng)用還需要突破諸多的社會(huì)和技術(shù)屏障[1]?！?017年數(shù)字化汽車報(bào)告》樂(lè)觀地預(yù)計(jì)， 到2030年， 中國(guó)電動(dòng)汽車將達(dá)到7 300萬(wàn)輛左右， 約占當(dāng)時(shí)汽車總量的10%。因此， 在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)內(nèi)燃機(jī)汽車依然占有支配地位[2]。

生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國(guó)機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)（2018）》顯示汽車是大氣污染排放的主要貢獻(xiàn)者，排放的CO和 HC超過(guò)80%，NOX和PM超過(guò)90%，機(jī)動(dòng)車污染防治的緊迫性日益凸顯。其中柴油貨車雖然數(shù)量上在全國(guó)汽車保有量中占比只有7.8%，但是排放的氮氧化物和顆粒物排放量分別約占機(jī)動(dòng)車排放總量的57%和77%以上，因此開展柴油車治理工作是不可避免的[3]。

2 產(chǎn)品技術(shù)路線

輕型汽車國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)已在2016年底發(fā)布，2017年重型車國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)送審稿通過(guò)了專家技術(shù)審查，預(yù)計(jì)2020年1月1日起，重型柴油車將實(shí)施國(guó)六a標(biāo)準(zhǔn)；2023年1月1日，實(shí)施國(guó)六b標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于勢(shì)必要到來(lái)的“國(guó)六”，主流發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)已經(jīng)提前做好相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)儲(chǔ)備。2014年歐六標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施時(shí)，歐美地區(qū)多采用EGR+DOC+DPF+SCR的技術(shù)路線，但隨著技術(shù)的更新和進(jìn)步出現(xiàn)了更高效的新技術(shù)。以下對(duì)國(guó)內(nèi)主流重型柴油機(jī)國(guó)六產(chǎn)品與后處理技術(shù)路線進(jìn)行列舉，如下表1所示。

3 后處理技術(shù)路線分析

3.1 Hi-eSCR技術(shù)路線

Hi-eSCR系統(tǒng)由菲亞特動(dòng)力科技開發(fā)，又稱為高效選擇性催化還原系統(tǒng)（如圖1），主要包括氧化催化器（DOC）、被動(dòng)再生式顆粒捕集器（DPF）、AdBlue計(jì)量模塊、噴嘴、AdBlue混合器、選擇性催化還原（SCR）、CUC催化劑。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣中包含CO、HC、PM、NOX進(jìn)入氧化催化器，主要發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化CO、HC并吸收可溶性有機(jī)成分及部分碳顆粒（soot）從而降低部分微粒（PM）排放，并將NO氧化為NO2，發(fā)生的主要反應(yīng)如下[5]：

氧化HC和CO HC/CO+O2→H2O+CO2（式1）

氧化氮氧化合物 NOx+O2→NO2（式2）

氧化可溶性有機(jī)物SOF SOF+O2→H2O+CO2（式3）

氧化形成硫酸鹽 SO2+O2→SO2（式4）

氧化顆粒物中部分碳顆粒 soot+O2→CO2（式5）

生成的二氧化氮通過(guò)與捕集器內(nèi)碳顆粒發(fā)生反應(yīng)從而降低顆粒物累計(jì)，即DPF被動(dòng)再生式。與主動(dòng)再生式DPF相比，被動(dòng)式再生能夠在更低的溫度下自動(dòng)再生。主要發(fā)生的反應(yīng)如下：

C（S）+NO2→CO+NO（式6）

C（S）+NO2→CO2+NO（式7）

在混合器處尿素還原劑（AdBlue）通過(guò)噴嘴噴射到排氣管，尿素還原劑的噴射量由ECU控制，根據(jù)安裝在催化器前后NOX傳感器的采樣值，對(duì)噴射量進(jìn)行閉環(huán)控制。尿素還原劑通過(guò)使用催化劑與氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)換為氮?dú)猓∟2）和水（H2O），最后剩余的氨（NH3）在集成的CUC催化劑上氧化。主要反應(yīng)原理為

NO+NH3+NO2→N2+H2O（式8）

NO+NH3+O2→N2+H2O（式9）

NO2+NH3→N2+H2O（式10）

NH3+O2→N2+H2O（式11）

通過(guò)以上過(guò)程，整個(gè)系統(tǒng)的氮氧化物的排放可降低95%以上。

3.2 EGR+DOC+DPF+SCR路線

該路線是通過(guò)EGR降低原機(jī)的NOX排放，再通過(guò)DOC+DPF+SCR降低NOX和顆粒物排放。與Hi-eSCR技術(shù)路線相比，該路線對(duì)SCR轉(zhuǎn)化率要求不高（90-92%），尿素消耗也較低，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)排放一致性要求也不高，因此與不同發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配具有廣泛性[6]。原理如圖2所示。

4 結(jié)論與展望

國(guó)六重型柴油機(jī)機(jī)內(nèi)排放控制方面，高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，EGR技術(shù)占多數(shù)，也有非EGR的路線。

EGR路線一般需要和DOC +DPF+SCR配合達(dá)到凈化效果。非EGR路線對(duì)后處理要求較高，需要和高效集成式（如Hi-eSCR系統(tǒng)，DOC和DPF一體封裝技術(shù)）后處理系統(tǒng)配合。

我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)在迎接國(guó)六重型車排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施方面的準(zhǔn)備，一定會(huì)為重型車國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的順利實(shí)施、清潔高效柴油機(jī)技術(shù)和環(huán)境污染治理鋪平道路。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蘇萬(wàn)華，張眾杰，劉瑞林，等.車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)工程科學(xué)，2018，20（01）：97-103.

[2]Richard Viereckl，Dietmar Ahlemann，Alex Koster，et al.2017年數(shù)字化汽車報(bào)告[R].2017.

[3]生態(tài)環(huán)境部.中國(guó)機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)（2018）[R].2018.

[4]http：//www.fptindustrial.com.cn/innovation/HIeSCR.htm（2018-6-13）.

[5]威孚高科公司深度報(bào)告，威孚高科三大業(yè)務(wù)之尾氣處理系統(tǒng)[R].2013.

[6]陳偉建，李冀，涂志濤，等.一種滿足歐Ⅵ排放的EGR燃燒技術(shù)研究[J].汽車科技，2016（04）：7-13.