柴油机国IV技术路线介绍

载货汽车（柴油机）国IV技术路线介绍

一、概况

发达国家车用柴油机为达到欧IV排放标准，主要采用以下两种技术路线：1.依靠发动机缸内措施减少NO X的生成（主要是废气再循环EGR），再采用过滤

及氧化催化型后处理装置降低排气中的PM（例如氧化催化转化器DOC、微粒氧化转化器POC、微粒过滤器或捕集器DPF，以及由此衍生的连续再生微粒捕集器CRT（DPF+CR）、催化碳烟过滤器CSF等，这些装置还可以纵使使用，如DOC+DPF、DOC+CRT、DOC+CSF等。）

2.依靠发动机缸内措施减少PM的生成，再采用还原催化型后处理装置降低排气

中的NO X（例如选择还原催化转化器SCR、NO X吸附LNT、NO X存储催化转化器NSC等）。

国外不同国家或地区根据其不同的国情和要求，针对不同车型有不同的选择。就重型车而言，美国、日本主要采用第一种技术路线，而欧洲则以第二种路线为主。在轻型车领域，则普遍倾向第一种技术路线。我国也需要根据我国的国情和要求，进行具体的分析和选择。

考虑到我国石油资源紧缺，节油至关重要、代含硫量燃油的普及进展较慢、发动机配车功率裕度相对较小，平均排温较高、Pt、Rh等贵金属紧缺、尿素与柴油价格相差较大等因素，还考虑使用SCR技术可使燃气中残余NO2份额较小，因而对重型车而言经二种技术路线较为合理。而轻型车则受到负荷相对较轻，平均排温相对较代、且车上布置空间较紧，对价格和使用成本更为敏感等因素的制约，以采用第一种技术路线为宜。目前在国IV柴油机的研发进程中，我国排量较大的重型和中型柴油机生产企业实际采用的均是第二种技术路线，而排量较小的轻型车用柴油机则主要考虑第一种技术路线。至于下一步要

达到国V以至欧VI排放标准，则除了要对缸内措施和后处理进行进一步的和完善外，可能还需要多种处理装置的组合使用。

二、选择还原催化系统（SC R）介绍

（一）现状及技术特点

1、80%的欧洲卡车在欧IV阶段采用的是SCR技术策略，而欧V和欧VI

也是延续更完善的SCR技术策略。SCR后处理器采用尿素为特征的还原

剂，不仅去除NO X的转换效率最高，同时排气中残留的NO X的NO2份额

较少。

2、与DPF技术方案相比，SCR有5%～6%的燃油经济性好处，全国每年可以

节约车用柴油燃料500～600万吨，环保效益和社会效益显著。虽然新增

了尿素的消耗，但耗量中粉燃油消耗量的3%～5%，且价格低于燃油，目

前进口的Adblue(-11℃)的价格约为15元/公斤，自制的尿素还原剂成品

(-11℃)的价格约为1.5～2.0元/公斤。

3、SCR对燃油中的硫不敏感，可以使用500ppm硫含量的柴油，长期运行

而转化效率不降低，对目前我国车用柴油的实际质量状况（例如硫含量、芳烃指标）具有更好的适应性。

4、采用SCR技术，不需要对内燃机本身进行很大的结构性改进，可以使欧

III、IV、V采用同一个发动机平台。

5、SCR不需要对发动机冷却系统做重大改变，而DPF的技术方案，需要

EGR和EGR冷却器，到欧V阶段，仅EGR冷却器就需要50到120KW

的消耗功率，对整车热管理系统影响巨大。

6、但SCR系统体积巨大，在轻型车辆上布置困难。

7、SCR系统成本较高，300马力以上的重型发动机SCR系统，目前样品价

格为7万元人民币左右，将来批量供货的目标价为2万元人民币。

8、SCR在我国目前正处于研制阶段，尚无成熟的定型产品可用于整车。还

原剂也无专用的SCR尿素，且国家对尿素的生产、运输、储存、销售、添加等环节都无明确的政策。

（二）关键技术

1、SCR金属载体的开发——需要开发耐高温和耐腐蚀的金属材料；适用于

我国使用条件的大尺寸（5～20L）整装金属载体的生产工艺开发和在SCR

上的产业化应用。

2、高效SCR催化剂开发——提高催化剂材料（TiO2-V2O5-WO3）在金属

载体上涂敷粘结强度的工艺技术；改进催化剂低温起燃性能（宽范围温

度窗口）；提高催化剂的耐硫性。

3、SCR封装设计及工艺研究——外型壳体材料的耐氧化、耐腐蚀以及经济

性分析；利用CFD软软选择合适的结构参数和外型尺寸，减少背压损失

并使温度场分布合理；SCR后处理系统消声特性研究。

4、SCR尿素还原剂的供给装置及其控制系统ECU和喷射剂量系统DCU的

开发，包括实现与发动机电控燃油喷射系统ECU以及车载诊断系统OBD

的通讯。

5、SCR 模拟性能试验研究和批量制造。

6、SCR整机匹配和发动机台架试验评价及抗老化性能（耐久性）。

7、SCR还原剂的组成配方——消化DIN和ISO技术标准，完成相关标准使

用技术规范的制订，进行产业化。

三、柴油机用颗粒过滤器（DPFF）的介绍

（一）现状及技术特点

1、颗粒过滤器是布置在发动机排气系统上，利用蜂窝陶瓷载体或高密度金

属丝烧结毡，不断改变气流方向，从而将排气中的颗粒物截流下来。

2、颗粒过滤器捕捉到一定量的颗粒后，会堵塞排气通道，造成排气背压上

升，影响到发动机性能，需要将捕捉到的颗粒物消除掉，使排气恢复通

畅，这是就是所谓的再生。

3、再生方式之一是被动再生，上传感器测量排气背压，当背压上升到一定

数值后，ECU控制专用喷嘴，往排气管里喷柴油，在排气管内形成燃

烧火焰，使DPF内部温度上升到600～620度，将捕捉到的颗粒燃烧成

CO2排出去。

4、再生方式二也是被动再生，由ECU控制发动机喷油器，在气缸燃烧后期

喷油，从而使排气温度升高，也使DPF内部温度上升到600～620度，

将捕捉到的颗粒燃烧成CO2排出去。

5、再生方式三还是被动再生，在颗粒捕捉器采用电加热方法形成高温，将

捕捉到的颗粒燃烧成CO2排出去。

6、再生方式四是主动再生，采用在燃油里加添加剂，降低颗粒燃烧的温度，

使捕捉到的颗粒在发动机正常工作温度下即可燃烧成CO2排出去。

7、DPF的再生，是需要消耗燃料或电力的，所以使用的DPF柴油机，经

济性较差。燃油中加添加剂的方法目前不成熟，需要用户在柴油里加添

加剂，实际操作中也有困难。

8、DPF对燃油中的硫非常敏感，要求使用15ppm的柴油。这是因为燃油

中的硫会在高温下形成硫酸盐，本身就是一种颗粒，造成颗粒排放升高；

其次硫酸盐附着在载体涂层表面，破坏了涂层，产生有毒有害物质，阻