國六重型柴油機后處理技術路線分析

賈傳德

【摘 要】結合即將出臺的重型柴油機國六排放標準，首先對重型柴油機發展前景的優劣勢進行分析。以國內部分主流柴油機品牌為例，匯總了不同廠商國六產品及所采用的后處理技術路線。

【關鍵詞】重型柴油機；國六；后處理；技術路線

中圖分類號： U464.172 文獻標識碼： A 文章編號： 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勢， 伴隨新能源汽車尤其純電動汽車技術的發展，部分國家和地區公交純電化、禁售燃油汽車的時間表相繼出臺，傳統內燃機行業正面臨步步緊逼的局面。但另一方面當今新能源汽車動力電池技術尚未實質攻克， 且在電池材料的生產和制造過程中會產生相當多的環境問題。因此， 新能源汽車的推廣和廣泛應用還需要突破諸多的社會和技術屏障[1]。《2017年數字化汽車報告》樂觀地預計， 到2030年， 中國電動汽車將達到7 300萬輛左右， 約占當時汽車總量的10%。因此， 在未來相當長的時間內內燃機汽車依然占有支配地位[2]。

生態環境部發布的《中國機動車環境管理年報（2018）》顯示汽車是大氣污染排放的主要貢獻者，排放的CO和 HC超過80%，NOX和PM超過90%，機動車污染防治的緊迫性日益凸顯。其中柴油貨車雖然數量上在全國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動車排放總量的57%和77%以上，因此開展柴油車治理工作是不可避免的[3]。

2 產品技術路線

輕型汽車國六標準已在2016年底發布，2017年重型車國六標準送審稿通過了專家技術審查，預計2020年1月1日起，重型柴油車將實施國六a標準；2023年1月1日，實施國六b標準。對于勢必要到來的“國六”，主流發動機企業已經提前做好相關產品和技術儲備。2014年歐六標準開始實施時，歐美地區多采用EGR+DOC+DPF+SCR的技術路線，但隨著技術的更新和進步出現了更高效的新技術。以下對國內主流重型柴油機國六產品與后處理技術路線進行列舉，如下表1所示。

3 后處理技術路線分析

3.1 Hi-eSCR技術路線

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

柴油發動機排出的廢氣中包含CO、HC、PM、NOX進入氧化催化器，主要發生氧化反應，氧化CO、HC并吸收可溶性有機成分及部分碳顆粒（soot）從而降低部分微粒（PM）排放，并將NO氧化為NO2，發生的主要反應如下[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與捕集器內碳顆粒發生反應從而降低顆粒物累計，即DPF被動再生式。與主動再生式DPF相比，被動式再生能夠在更低的溫度下自動再生。主要發生的反應如下：

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）通過噴嘴噴射到排氣管，尿素還原劑的噴射量由ECU控制，根據安裝在催化器前后NOX傳感器的采樣值，對噴射量進行閉環控制。尿素還原劑通過使用催化劑與氮氧化物發生化學反應，轉換為氮氣（N2）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）

通過以上過程，整個系統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EGR降低原機的NOX排放，再通過DOC+DPF+SCR降低NOX和顆粒物排放。與Hi-eSCR技術路線相比，該路線對SCR轉化率要求不高（90-92%），尿素消耗也較低，對發動機原機排放一致性要求也不高，因此與不同發動機的匹配具有廣泛性[6]。原理如圖2所示。

4 結論與展望

國六重型柴油機機內排放控制方面，高壓共軌電控燃油噴射系統占絕對優勢，EGR技術占多數，也有非EGR的路線。

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

我國發動機企業在迎接國六重型車排放標準實施方面的準備，一定會為重型車國六標準的順利實施、清潔高效柴油機技術和環境污染治理鋪平道路。

【參考文獻】

[1]蘇萬華，張眾杰，劉瑞林，等.車用內燃機技術發展趨勢[J].中國工程科學，2018，20（01）：97-103.

[2]Richard Viereckl，Dietmar Ahlemann，Alex Koster，et al.2017年數字化汽車報告[R].2017.

[3]生態環境部.中國機動車環境管理年報（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告，威孚高科三大業務之尾氣處理系統[R].2013.

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