国六重型柴油机后处理技术路线分析

贾传德

【摘 要】结合即将出台的重型柴油机国六排放标准，首先对重型柴油机发展前景的优劣势进行分析。以国内部分主流柴油机品牌为例，汇总了不同厂商国六产品及所采用的后处理技术路线。

【关键词】重型柴油机；国六；后处理；技术路线

中图分类号： U464.172 文献标识码： A 文章编号： 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 发展前景

新能源汽车在低碳排放和零污染控制方面有诸多优势， 伴随新能源汽车尤其纯电动汽车技术的发展，部分国家和地区公交纯电化、禁售燃油汽车的时间表相继出台，传统内燃机行业正面临步步紧逼的局面。但另一方面当今新能源汽车动力电池技术尚未实质攻克， 且在电池材料的生产和制造过程中会产生相当多的环境问题。因此， 新能源汽车的推广和广泛应用还需要突破诸多的社会和技术屏障[1]。《2017年数字化汽车报告》乐观地预计， 到2030年， 中国电动汽车将达到7 300万辆左右， 约占当时汽车总量的10%。因此， 在未来相当长的时间内内燃机汽车依然占有支配地位[2]。

生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报（2018）》显示汽车是大气污染排放的主要贡献者，排放的CO和 HC超过80%，NOX和PM超过90%，机动车污染防治的紧迫性日益凸显。其中柴油货车虽然数量上在全国汽车保有量中占比只有7.8%，但是排放的氮氧化物和颗粒物排放量分别约占机动车排放总量的57%和77%以上，因此开展柴油车治理工作是不可避免的[3]。

2 产品技术路线

轻型汽车国六标准已在2016年底发布，2017年重型车国六标准送审稿通过了专家技术审查，预计2020年1月1日起，重型柴油车将实施国六a标准；2023年1月1日，实施国六b标准。对于势必要到来的“国六”，主流发动机企业已经提前做好相关产品和技术储备。2014年欧六标准开始实施时，欧美地区多采用EGR+DOC+DPF+SCR的技术路线，但随着技术的更新和进步出现了更高效的新技术。以下对国内主流重型柴油机国六产品与后处理技术路线进行列举，如下表1所示。

3 后处理技术路线分析

3.1 Hi-eSCR技术路线

Hi-eSCR系统由菲亚特动力科技开发，又称为高效选择性催化还原系统（如图1），主要包括氧化催化器（DOC）、被动再生式颗粒捕集器（DPF）、AdBlue计量模块、喷嘴、AdBlue混合器、选择性催化还原（SCR）、CUC催化剂。

柴油发动机排出的废气中包含CO、HC、PM、NOX进入氧化催化器，主要发生氧化反应，氧化CO、HC并吸收可溶性有机成分及部分碳颗粒（soot）从而降低部分微粒（PM）排放，并将NO氧化为NO2，发生的主要反应如下[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）

氧化可溶性有机物SOF SOF+O2→H2O+CO2（式3）

氧化形成硫酸鹽 SO2+O2→SO2（式4）

氧化颗粒物中部分碳颗粒 soot+O2→CO2（式5）

生成的二氧化氮通过与捕集器内碳颗粒发生反应从而降低颗粒物累计，即DPF被动再生式。与主动再生式DPF相比，被动式再生能够在更低的温度下自动再生。主要发生的反应如下：

C（S）+NO2→CO+NO（式6）

C（S）+NO2→CO2+NO（式7）

在混合器处尿素还原剂（AdBlue）通过喷嘴喷射到排气管，尿素还原剂的喷射量由ECU控制，根据安装在催化器前后NOX传感器的采样值，对喷射量进行闭环控制。尿素还原剂通过使用催化剂与氮氧化物发生化学反应，转换为氮气（N2）和水（H2O），最后剩余的氨（NH3）在集成的CUC催化剂上氧化。主要反应原理为

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）

通过以上过程，整个系统的氮氧化物的排放可降低95%以上。

3.2 EGR+DOC+DPF+SCR路线

该路线是通过EGR降低原机的NOX排放，再通过DOC+DPF+SCR降低NOX和颗粒物排放。与Hi-eSCR技术路线相比，该路线对SCR转化率要求不高（90-92%），尿素消耗也较低，对发动机原机排放一致性要求也不高，因此与不同发动机的匹配具有广泛性[6]。原理如图2所示。

4 结论与展望

国六重型柴油机机内排放控制方面，高压共轨电控燃油喷射系统占绝对优势，EGR技术占多数，也有非EGR的路线。

EGR路线一般需要和DOC +DPF+SCR配合达到净化效果。非EGR路线对后处理要求较高，需要和高效集成式（如Hi-eSCR系统，DOC和DPF一体封装技术）后处理系统配合。

我国发动机企业在迎接国六重型车排放标准实施方面的准备，一定会为重型车国六标准的顺利实施、清洁高效柴油机技术和环境污染治理铺平道路。

【参考文献】

[1]苏万华，张众杰，刘瑞林，等.车用内燃机技术发展趋势[J].中国工程科学，2018，20（01）：97-103.

[2]Richard Viereckl，Dietmar Ahlemann，Alex Koster，et al.2017年数字化汽车报告[R].2017.

[3]生态环境部.中国机动车环境管理年报（2018）[R].2018.

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

[5]威孚高科公司深度报告，威孚高科三大业务之尾气处理系统[R].2013.

[6]陈伟建，李冀，涂志涛，等.一种满足欧Ⅵ排放的EGR燃烧技术研究[J].汽车科技，2016（04）：7-13.