一汽锡柴

中重型柴油机国Ⅳ排放 中重型柴油机国Ⅳ 路线再思索
研发部 产品室
背
景
国Ⅳ排放标准全面实施之时越来越近。 各柴油机厂均推出了国Ⅳ柴油机，且已经在北京、上海、深圳 等中心城市批量运用。 国内国Ⅳ柴油机一般采用SCR、EGR+POC两种技术路线，另需高 压共轨或者电控单体泵燃油系统相匹配。 高硫柴油曾经导致国Ⅳ排放推迟实施，今后很长一段时间，参 差不齐的柴油质量也将是后处理系统的梦魇。 商品化尿素水溶液供应路线不畅，影响SCR柴油机的推广。 国Ⅲ时期，EGR柴油机给政府部门、用户留下的不良印象，影响 了国Ⅳ EGR柴油机的应用。
2
研发部 产品室
国Ⅳ与国Ⅲ排放法规的主要区别 与国Ⅲ
ESC及ELR的污染物限值
国Ⅲ NOx g/(kW•h) g/(kW h) PT CO HC g/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱkW•h) g/(kW h) g/(kW•h) g/(kW•h) 5.0 0.1 2.1 0.66 0.8 国Ⅳ 3.5 0.02 1.5 0.46 0.5 国Ⅳ相比国Ⅲ下降 幅度 30% 80% 29% 30% 38% PT CO HC g/(kW•h) g/(kW h) g/(kW•h) g/(kW•h) 0.16 5.45 0.78 0.03 4 0.55 81% 27% 29% g/(kW•h) NOx g/(kW h)
12
研发部 产品室 EGR柴油机
EGR管路
后处理器、消音 器集成，安装方 式同消音器
13
研发部 产品室 POC后处理器的耐硫性
POC 耐硫试验 0.04 g/kWh PT 0.03 0.02 0.01 0 裸机 POC后 30h硫化试验后 脱硫后
上述数据来源于某EGR柴油机的POC老化试验。硫化试验是采用350ppm的国 Ⅲ柴油。试验证明，高硫柴油对POC的过滤效率影响很大，连续使用30小时，即可 使POC失效；但是再使用低硫柴油机进行脱硫后，POC的作用可部分恢复。
8
NOx
研发部 产品室 市场柴油硫含量调查
柴油机硫含量分布 8%
17%
33% 21%
21%
≤350 350-500 500-700 700-1000 1000以上
2010年5月，在湖北、辽宁、河北、福建等5省的加油站，随 机抽取0号柴油样品，共72份，进行柴油性能检验。 检测结果表 明硫含量低于350ppm的柴油机仅占17%。硫含量最低值207ppm， 最高值1375ppm。
SCR技术路线探讨 SCR技术路线探讨
一、优点
1、如果以电控高压共轨国Ⅲ柴油机为基础，则升级到国Ⅳ排放难度相对较低， 开发周期也较短； 2、柴油机本体改动较少，生产技术改造投入少； 3、可以适应较高硫含量的柴油。试验证明，即使采用350ppm硫含量的柴油，SCR 后处理器仍然能有较好的耐久性； 4、柴油机的燃油消耗低； 5、目前，SCR技术路线在国内是运用最广泛的国Ⅳ路线。
11
研发部 产品室
二、缺点
1、不能承受高硫柴油，350ppm的柴油会很快使后处理器失效； 2、柴油机本体开发难度大，周期长，开发成本高； 3、EGR冷却器的加入，使柴油机、整车需要重新考虑热平衡问题； 4、 如果后处理器匹配不好的话，NO2排放将会较高； 5、柴油机燃油耗高，通过油耗法规的难度大（油耗法规不考核尿素的消 耗）； 6、在相同排量、采用同种类型的增压系统时，柴油机可以做到的功率与 扭矩要比SCR柴油机要小。
ETC的污染物限值
国Ⅲ 5.0 国Ⅳ 3.5 国Ⅳ相比国Ⅲ下降 幅度 30%
ELR（m-1）
除各污染物限值不同外，国Ⅳ柴油机还必须具有OBD功能。无排气 后处理装置的国Ⅲ柴油机不进行ETC试验。 NOx与颗粒，尤其是颗粒的降低，是排放升级重点，也是难点。
3
研发部 产品室
达到国Ⅳ 达到国Ⅳ排放的常规路径
19
研发部 产品室
谢 谢 各
位！
20
10 8 6 4 2 0 0 3 6 BMEP bar
1500r/min下的NOx排放
6 5 4 3 2 1 0 0 3 6 9 BMEP bar 12 15 18
SCR EGR
9
12
15
NOx g/kWh
SCR EGR
1800r/min下的NOx排放 8 NOx g/kWh 6 4 2 0 0 3 6 9 BMEP bar 12 15 18 SCR EGR
9
研发部 产品室 市场尿素质量调查
三份尿素样品中，均有不同成分 的金属超标。随着在汽车上的运 用，这些金属都将排放在大气中， 随着数量的增加，对人体的危害 将相当的大。
10
研发部 产品室
当前EGR+POC技术路线探讨 当前EGR+POC技术路线探讨 EGR+POC
一、优点
1、仅消耗柴油，不需要添加尿素，使用方便； 2、在低负荷区域，依然可以实现低排放，使国Ⅳ名副其实； 3、POC后处理器结构简单，安装方便，便于整车的布置，将其替代消音 器即可； 4、即使后处理器中毒，柴油机的NOx排放仍然优于国Ⅲ水平； 5、POC后处理器的价格相对来说比较便宜。
16
研发部 产品室
当前国Ⅳ柴油机总结
1、对国内主要柴油机厂商来说，SCR、EGR+POC路线的国Ⅳ柴油机在 技术上已经不存在问题，全面实施的难点在于尿素、低硫柴油供应等 配套环境上，这些工作也不是能够一蹴而就的。 2、立足于现有条件，柴油机制造商要尽可能开发出不使用尿素、能 够适应较高含硫量柴油的国Ⅳ柴油机。
6
研发部 产品室 SCR柴油机 尿素喷 嘴 SCR反应 器
尿素箱
尿素泵
7
研发部 产品室 SCR后处理器的耐硫情况
SCR耐久试验 4.5 g/kWh 4 3.5 3 0 540 耐久时间 1080 h 1120 脱硫前 脱硫后
上述数据来源于某SCR柴油机的排放耐久试验。在1080小时内的耐久试验中， 采用350ppm硫含量的国Ⅲ油，分别在脱硫前后进行了排放测试，试验证明350ppm 硫含量的柴油，对SCR后处理器的劣化作用有限；1080小时的耐久试验结束后，采 用1000ppm硫含量的柴油进行了40小时的高硫耐久试验，试验证明1000ppm硫含量 的柴油，使SCR后处理器NOx转化效率迅速下降。
5
研发部 产品室
二、缺点
1、在很多地方买不到硫含量350ppm以下的柴油，1000ppm以上硫含量的柴油加剧 了SCR后处理器的老化，柴油机排放水平将大打折扣； 2、尽管柴油机的燃油耗较低，但其还要使用车用尿素水溶液，尿素水溶液的消耗 一般是燃油耗的5%左右； 3、在排温低于200℃的区域，柴油机将不喷射尿素（如果喷射，会产生大量的氨 气，污染环境），NOx排放将急剧升高，对于长期处于低负荷运行的公交车来 说，NOx排放量较高，没有体现出国Ⅳ车低排放的特性； 4、基础建设没有跟上，普通用户很难添加到尿素水溶液。如果不使用尿素，柴油 机的NOx排放水平仅有欧Ⅰ，甚至欧0水平，OBD将报警，同时限制柴油机的输 出扭矩，影响汽车的正常使用； 5、国内的车用尿素水溶液，质量良莠不齐，有些尿素中重金属含量超标。劣质尿 素将在柴油机减少NOx排放时，释放了了重金属，形成了严重的重金属污染； 6、后处理系统（包括尿素喷射系统和后处理反应系统）结构和功能复杂，整车布 置难度大，而且目前被几家跨国公司垄断，价格高昂，其价格甚至能占到柴油 机成本的1/3。
国Ⅲ柴油机 采用EGR，机内净化
排放法规限值及实现方法 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0
POC后处理，达 到国Ⅳ目标
g/kW·h
国Ⅲ
机内净化
PT
国Ⅳ
1
2
3
4 NOx
5 6 g/kW·h
7
8
9
10
SCR后处理达 到国Ⅳ目标
SCR路线 EGR+POC路线
4
研发部 产品室
14
研发部 产品室 不同负荷下的NOx排放对比
1000r/min下的NOx排放
NOx g/kWh
如右图所示，在不同转速 的高负荷区域，无论SCR 还是EGR，NOx排放水平都 比较低；但在低负荷区域， SCR的NOx排放水平急剧升 高，EGR的NOx排放可以做 到和高负荷水平接近，甚 至略有下降。
15
研发部 产品室
SCR与EGR柴油机的经济性比较
相同排量的某款SCR和EGR柴油机的加权油耗、尿素耗如下
形式 SCR EGR
加权油耗(g/kWh) 205 214
加权尿素耗(g/kWh) 12 -
从上表可以看出，如果尿素价格（以“元/升”为单位）比柴油低 10%以上，那么SCR柴油机的使用经济性较好；否则，EGR的使用经济性 较好。
17
研发部 产品室
无后处理器，实现国Ⅳ排放的方法
不同轨压下，NOx与PT的对应关系。试验时，进气中的EGR率为22%。
18
研发部 产品室
新型燃烧室、新型进气系统、高效的EGR冷却系统、高EGR率、高喷 射压力、特殊的标定策略和方法，有望使柴油机不带后处理器，不
用尿素，实现国Ⅳ排放。
这对柴油机适应目前的使用环境有重要意义！