1 柴油機的主要排放物及其生成機理

　　1.1 主要排放物

　　二氧化碳(CO2)：燃燒含炭元素的物質(zhì)而產(chǎn)生的，本身對人體無(wú)害。進(jìn)入本世紀以來(lái)，隨著(zhù)石油等化石燃料的大量消耗和作為吸收源的熱帯雨林被大量砍伐等，空氣中CO2含量飛速增長(cháng)。CO2造成地球轉暖，即所謂的溫室效應，因此成為近年全球關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。相對于汽油機來(lái)說(shuō)，柴油機燃油消耗量小，所排除的CO2也相對較少。

　　一氧化碳(CO)：CO是在排放的氣體的所含成分中最有害的物質(zhì)，是燃料在氧分不足的狀態(tài)下不完全燃燒的情況下產(chǎn)生的?？諝庵蠧O排放量的約90%被認為是來(lái)自汽車(chē)，在各種排放的氣體中CO是最初的作為限制対象的。該氣體被吸入人體后，會(huì )產(chǎn)生溶血反應導致中毒。但是，柴油機和汽油機相比，燃燒較為充分，所以CO的產(chǎn)生量非常少。

　　未燃烴(HC)：氫和炭構成的化合物質(zhì)的總稱(chēng)。這也是光化學(xué)煙霧的形成原因，根據種類(lèi)不同會(huì )對呼吸系統產(chǎn)生影響。

　　微粒(PM，主要是黒煙)：PM是從柴油機中排放出來(lái)的顆粒狀物質(zhì)的總稱(chēng)。主要是由黒煙、SOF(可溶性有機組分)燃燒后剩下的燃料和潤滑油成分、輕油燃料中的硫黃成分燃燒后的生成物所構成的。包括顆粒細小的SPM。

　　氮氧化物(NOx)：NO、NO2、N2O、N2O2等各種化合物的總稱(chēng)。在高溫下氮分子和氧分子結合后產(chǎn)生的。不只是汽車(chē)，香煙和火爐等也會(huì )產(chǎn)生。燃燒溫度越高越容易產(chǎn)生NOx，因此發(fā)動(dòng)機的設計中必須考慮適當降低燃燒溫度。

　　1.2 生成機理

　　CO2：CO2是石油化工燃料燃燒產(chǎn)生的。排放量根據燃燒時(shí)的燃料消耗多少成比例増加。柴油機在車(chē)用內燃機中熱效率較高，燃料消耗率小。而汽油機熱效率較差，燃料消耗率較大，CO2排放量較多。

　　CO/HC：CO是氧分不足不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的。柴油機的排放量極少，汽油機的排放多。柴油機中，燃燒是在相對于燃料空氣量充分的狀態(tài)下進(jìn)行的。汽油機中，相對燃料/空氣量比例是幾乎一樣的，所以在燃燒時(shí)引起局部的氧分不足，產(chǎn)生量變多。HC和CO一様，也是在燃燒時(shí)相對燃料的空氣不足而產(chǎn)生的。

　　NOx：是在高溫完全燃燒狀態(tài)下生成的。和以上所說(shuō)的三種物質(zhì)不同，NOx在柴油機中的排放量多，而汽油機的排放較少。原因是柴油機不用點(diǎn)火裝置，自燃著(zhù)火而燃燒的原理。我們通常將燃燒階段分為：1)、著(zhù)火延遲期間;2)、預混合燃燒期間;3)、擴散燃燒期間;4)、后燃燒期間。其中預混合燃燒期間產(chǎn)生爆發(fā)性燃燒發(fā)生高熱，氣缸內的溫度急速上升。這時(shí)，會(huì )產(chǎn)生NOx。而且，NOx的成分N和O是在高溫時(shí)促進(jìn)反應，這是產(chǎn)生NOx的主要原因。

　　PM：是在低溫時(shí)不完全燃燒狀態(tài)下生成的。和NOx一樣，柴油機相比汽油機PM排放量要多很多。這個(gè)原因也在于燃燒的特征。柴油機是向氣缸內部噴射燃料，混合燃料和空氣，混合狀態(tài)通常不均勻，而且在擴散燃燒期間和后燃燒期間氣缸內的溫度和圧力下降。這樣燃燒狀態(tài)惡化后，引起燃料的蒸燒狀態(tài)，也就是不完全燃燒狀態(tài)。這時(shí)，產(chǎn)生PM和黑煙。另外一方面，汽油機通常向混合好的混合氣點(diǎn)火，這樣發(fā)生不完全燃燒的燃燒過(guò)程短了，PM排放量少了。

　　由上可知，對柴油機而言，長(cháng)期來(lái)其有害排放物的控制對象主要是NOx和PM。

　　2 柴油機NOx排放控制技術(shù)

　　2.1 機內凈化技術(shù)

　　采取機內凈化是治本之舉。它是通過(guò)改進(jìn)柴油機結構參數或者增加附加裝置來(lái)改善燃燒性能，進(jìn)而達到減少NOx排放的目的。

　　(1)進(jìn)氣系統的優(yōu)化：對進(jìn)氣系統進(jìn)行優(yōu)化設計，主要目的是在提高充氣效率的同時(shí)，合理組織進(jìn)氣渦流，以利于混合氣的形成，提高燃燒速率，并盡量減少NOx的生成。

　　a) 多氣門(mén)技術(shù)：柴油機上采用多氣門(mén)技術(shù)是滿(mǎn)足更嚴格排放法規的有效途徑。缸蓋上噴油嘴和活塞上燃燒室凹坑布置氣缸中央，優(yōu)化了進(jìn)氣渦流和油霧分布以及活塞與噴油器冷卻條件，并可實(shí)現渦流比不同轉速下變化，這使混和氣形成進(jìn)一步優(yōu)化，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟性同時(shí)減少了NOx排放，但增加了成本和結構復雜性。

　　b)進(jìn)氣渦流的優(yōu)化：提高渦流比可使燃燒加速并且完全，其結果可導致缸內最高燃燒壓力與溫度的升高，從而使NOx的排放明顯增加;若減少進(jìn)氣渦流的強度雖可減少NOx的排放，但又勢必會(huì )犧牲柴油機的動(dòng)力性和經(jīng)濟性。因此，可采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)使渦流比在0.2～2.5范圍內變化，以兼顧柴油機在整個(gè)工況范圍內各個(gè)方面的性能。但采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)存在著(zhù)結構復雜和成本較高的問(wèn)題，因而限制了該技術(shù)的推廣。

　　c)增壓中冷技術(shù)：柴油機采用進(jìn)氣增壓技術(shù)后，由于壓縮溫度升高，在動(dòng)力性與經(jīng)濟性提高的同時(shí)，NOx的排量也必然增加。但增壓柴油機在采用中冷技術(shù)以后，增壓空氣在進(jìn)入氣缸以前被冷卻，在一定程度上可以抑制NOx的排放。因此，采用增壓中冷技術(shù)可使柴油機NOx的排放降低。目前，柴油機增壓中冷技術(shù)在中重型柴油機上應用廣泛，在輕型柴油機上也逐漸在采用。一些新研制的轎車(chē)柴油機上也開(kāi)始采用。

　　(2)噴油系統的優(yōu)化：噴油系統的優(yōu)化就是使燃油噴射參數最佳化。這些參數包括噴油定時(shí)、噴油壓力、噴油速度和噴孔結構等。通過(guò)參數的優(yōu)化來(lái)抑制預混合燃燒，即減少在滯燃期內形成的可燃混合氣量是降低NOx排放的有效途徑，分別敘述如下。

　　a)優(yōu)化噴油定時(shí)：NOx排放對噴油定時(shí)極為敏感。延遲噴油可降低NOx排放，但必須合理調整燃燒系統及噴油系統的其他參數以減少油耗、煙度和微粒排放方面的損失。為減少延遲噴油對經(jīng)濟性的不利影響，可采用較高的壓縮比和較高的噴油壓力。采用電控技術(shù)和根據運行工況調節噴油始點(diǎn)，可降低NOx的排放。

　　b)優(yōu)化噴油壓力：提高噴油壓力可有效地改善燃料的霧化性能，使混合氣的混合質(zhì)量得以改善，燃燒更加充分，燃燒溫度上升，NOx排放增加。因為提高噴油壓力能改善燃燒過(guò)程，故可以補償由于延遲噴油造成的油耗上升，但這又使延遲噴油以降低NOx排放的目的落空。為減少NOx排放應該降低噴油壓力，而噴油壓力降低后又會(huì )使微粒排放增加。

　　c)優(yōu)化噴油速度：當噴油提前角一定時(shí)，提高噴油速率，縮短噴油持續期，可以使柴油機產(chǎn)生的NOx較少。提高噴油速度與延遲噴油相結合亦可減少NOx的排放。另外，噴油速度還與HC、碳煙的排放及燃油消耗、噪聲有關(guān)，應綜合權衡以謀求各參數的最佳值。

　　d)優(yōu)化噴孔結構：噴油器噴孔直徑和數目對柴油機排放也有明顯的影響。當循環(huán)供油量與啟噴壓力一定時(shí)，減少孔徑會(huì )減少初期噴油量，抑制預混合燃燒和最高燃燒溫度，以減少NOx的生成。當噴油壓力、噴油速度及噴孔總面積不變的情況下，增加噴孔直徑或增加孔數，可降低流阻，改善燃油的霧化和分布，因而能降低NOx的排放。

　　(3)燃燒室結構和參數優(yōu)化

　　a)優(yōu)化壓縮比：柴油機壓縮比控制著(zhù)著(zhù)火延遲期長(cháng)短。降低壓縮比，有利于著(zhù)火延遲，能夠減少峰值壓力，可使燃燒最高溫度降低，NOx排放減少。但壓縮比過(guò)低，柴油機難于著(zhù)火。壓縮比對NOx影響較為復雜，選取壓縮比時(shí)應綜合考慮。

　　b)燃燒室型式優(yōu)化：燃燒室型式與NOx排放有著(zhù)密切關(guān)系。直噴式柴油機NOx排放明顯高于非直噴式柴油機，這是因為非直噴式柴油機前期燃燒發(fā)生在混合氣過(guò)濃的預燃室或渦流室里，缺氧NOx生成受到了抑制，又因主燃燒室中燃燒開(kāi)始較晚，且是較低溫度下進(jìn)行。同一類(lèi)型但結構不完全相同的燃燒室，其N(xiāo)Ox排量也有差異。例如直噴式柴油機中，渦流最強的球型燃燒室NOx排放最高，淺盆型燃燒室最低。

　　(4)燃燒室噴水冷卻技術(shù)：水具有較高的比熱，在燃燒過(guò)程中吸熱可降低燃燒最高溫度;水與油混合噴入燃燒室還可以降低燃油密度，從而使燃燒溫度進(jìn)一步降低。該技術(shù)在降低NOx排放的同時(shí)，還有利于改善燃油經(jīng)濟性和排氣煙度，并有降噪的作用。噴水冷卻有如下形式：進(jìn)氣管?chē)娝?用超聲波將燃油與水乳化后噴入燃燒室;通過(guò)附加噴嘴把水直接噴入燃燒室;在噴嘴的兩個(gè)燃燒層之間填充水，并分層噴入燃燒室。但如何控制噴水的時(shí)機、數量和噴嘴的腐蝕等問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究。

　　(5)燃料的改進(jìn)

　　a)提高柴油十六烷值：十六烷值在柴油機燃料參數中對NOx排放影響最大。十六烷值較高時(shí)，由于其穩定性變差，極易裂解為碳煙。柴油機排氣煙度較高，但其發(fā)火性能好，柴油機點(diǎn)火延遲期縮短，缸內溫度與壓力降低，NOx排放亦降低。當十六烷值從40提高到50時(shí)，NOx排放可降低10%左右。

　　b)使用柴油添加劑：在柴油中添加適量的硝酸鹽、亞硝酸鹽和各種過(guò)氧化物，可以提高燃料的十六烷值，縮短著(zhù)火延遲期，使得NOx排放減少。但使用添加劑會(huì )導致二次污染。

　　(6)采用廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)

　　采用廢氣再循環(huán)(EGR)是降低NOx排放的一項極為有效的措施，過(guò)去只是在汽油機上得到了較為成熟的應用。EGR在所有負荷條件下都可以有效減少NOx排放。將定量廢氣引入柴油機進(jìn)氣系統中，再循環(huán)到燃燒室內，有利于點(diǎn)火延遲，增加了參與反應物質(zhì)的熱容量以及CO2、H2O、N2等氣體對氧氣的稀釋作用，從而可降低燃燒最高溫度，減少NOx的生成。大約60%-70%的NOx是在高負荷時(shí)產(chǎn)生的，此時(shí)采用合適的廢氣再循環(huán)率對于減少NOx是很有效的。廢氣再循環(huán)率為15%時(shí)，NOx排放可以減少50%以上，而廢氣再循環(huán)率為25%時(shí)，NOx排放可減少80%以上，但隨著(zhù)廢氣再循環(huán)率的增加，發(fā)動(dòng)機燃燒速度變慢，燃燒穩定性變差，HC和油耗增加，功率下降。若采用“熱EGR”還可以同時(shí)減少HC和PM的排放，并且不會(huì )增加油耗，在中、低負荷時(shí)凈化效果更佳。由于EGR氣門(mén)的升程信號會(huì )因氣門(mén)座積碳而不能正確反映EGR量，其響應速度較慢，所以廢氣再循環(huán)量應通過(guò)進(jìn)氣流量和EGR氣門(mén)的升程信號相結合來(lái)反映。

　　2.2 機外凈化技術(shù)

　　由于機內凈化并不能完全達到法規要求，因此對已排出燃燒室但尚未排到大氣中的廢氣進(jìn)行處理，采取機外凈化技術(shù)顯得很有必要。

　　NOx的機外凈化主要是采用催化轉化技術(shù)。由于柴油機的富氧燃燒使得廢氣中含氧量較高，這使得利用還原反應進(jìn)行催化轉化比汽油機困難。例如在汽油機上使用三元催化轉化器，其有效凈化條件是過(guò)量空氣系數大約為1。若空氣過(guò)量時(shí)，作為NOx還原劑的CO、H2和HC便首先與氧反應;空氣不足時(shí)，CO、HC不能被氧化。顯然，用三元催化轉換器降低NOx的技術(shù)在柴油機上是不適用的。

　　(1)采用催化轉化技術(shù)：從理論上講，可以將NOx分解為N2與O2，但實(shí)際上這個(gè)過(guò)程相當慢，到目前為止，該方法尚未得到實(shí)際應用。因NOx的氧化產(chǎn)物為固態(tài)，這對車(chē)用柴油機不適合。對于車(chē)用柴油機NOx的排放只能采用還原方法除去。

　　a)選擇非催化還原(SNCR)：SNCR技術(shù)只能在一定的溫度區間(800℃-1000℃)使用。而柴油機排氣不可能達到這樣高的溫度，只能通過(guò)在柴油機膨脹過(guò)程中，向氣缸中噴入氨水來(lái)實(shí)現，但效果不很理想。該技術(shù)只是在發(fā)電廠(chǎng)得到了廣泛應用，在車(chē)用柴油機上尚未應用。

　　b)非選擇催化還原(NSCR)：NSCR技術(shù)是將還原劑(如氨氣、尿素、HC)噴入排氣管中，在催化轉換器的作用下與廢氣中的NOx進(jìn)行反應。由于廢氣中含氧量較高，還原劑很容易直接被氧化，故消耗量極大。

　　c)選擇催化還原(SCR)：SCR的原理與NSCR相似，也是將NH3加入到高溫廢氣中與NOx發(fā)生反應生成N2和H2O，只是催化劑配方不同。在車(chē)用柴油機上該技術(shù)比前兩種更具有應用價(jià)值。NOx的還原反應在選擇性催化轉化器中被加速，還原劑的氧化反應被抑制。

　　(2)采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)

　　采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)，可有效減少NOx的排放。碳素纖維具有催化活性，能促進(jìn)廢氣中的NO與C或HC進(jìn)行氧化還原反應，隨著(zhù)電壓的升高，可使NOx排放明顯降低。目前，該技術(shù)正處于研究階段，尚未取得突破性進(jìn)展，同時(shí)該技術(shù)凈化效果的發(fā)揮必須以微粒的有效消除為基礎。

　　3 柴油機PM排放控制技術(shù)

　　3.1 機內凈化技術(shù)

　　與NOx機內凈化技術(shù)相反，所有改善發(fā)動(dòng)機燃燒，增加缸內最高燃燒壓力與溫度，從而提高柴油機的動(dòng)力性和經(jīng)濟性的技術(shù)措施，如增大供油提前角，提高進(jìn)氣渦流比，優(yōu)化噴油系統等，均可大幅降低PM排放量。

　　3.1.1 機外后處理技術(shù)

　　(1)氧化催化轉化器(POC)

　　柴油機PM后處理技術(shù)包括催化氧化和過(guò)濾。柴油機加裝氧化催化轉換器是一種有效的機外凈化排氣中的可燃氣體和可溶性SOF有機組分的常用措施。采取此措施(以鉑Pt、鈀Pd貴重金屬作為催化劑)能使HC、CO減少50%，顆粒PM減少50%-70%，其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴也有明顯減少。

　　但是，氧化催化器的缺點(diǎn)是會(huì )將排氣中的SO2氧化為SO，生成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒，額外增加顆粒物質(zhì)排放量。美國最近針對新型柴油機進(jìn)行的一項示范研究表明，當使用硫的質(zhì)量分數為368×10-6的柴油時(shí)，催化氧化可使瞬態(tài)工況條件下的PM排放降低23%-29%，HC降低52%-58%;若改用硫的質(zhì)量分數為54×10-6的柴油，PM可降低53%。所以，柴油機氧化催化器一般適用于含硫量較低的柴油燃料;并要保證催化劑及載體、發(fā)動(dòng)機運行工況、發(fā)動(dòng)機特性、廢氣的流速和催化轉換器的大小以及廢氣流入轉換器的進(jìn)口溫度等正常，使凈化效果達到最佳。

　　(2)微粒捕集器(DPF)

　　微粒捕集器由微粒過(guò)濾器和再生裝置組成。微粒捕集器通過(guò)其中有極小孔隙的過(guò)濾介質(zhì)(濾芯)捕集柴油機排氣中的固態(tài)碳粒和吸附可溶性有機成分的碳煙。

　　微粒捕集器的工作主體是濾芯，目前常用的過(guò)濾材料有：金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、泡沫陶瓷和壁流式蜂窩陶瓷等。濾芯決定過(guò)濾器的過(guò)濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術(shù)的使用和再生效果。濾芯應滿(mǎn)足較高的性能指標：具有較高的過(guò)濾效率，具有大的過(guò)濾面積。

　　耐熱沖擊性好，具有較強的機械性能指標，熱穩定性好，能承受較高的熱負荷;具有較小的熱膨脹系數，通過(guò)性好，流通阻力小，在外形尺寸相同的情況下，背壓小，背壓增長(cháng)率低，適應再生能力強，質(zhì)量輕。目前，最常使用的過(guò)濾材料為堇青石(其主要成分為MgO、AlO、SiO)和碳化硅晶體SiC。

　　微粒捕集器對碳的過(guò)濾效率較高，可達到60%。在過(guò)濾過(guò)程中，會(huì )導致柴油機排氣背壓升高，當排氣背壓達到16-20kPa時(shí)，柴油機性能開(kāi)始惡化，因此必須定期地除去顆粒，使過(guò)濾器恢復到原來(lái)的工作狀態(tài)，即過(guò)濾器再生。微粒捕集器的再生方式可分為“被動(dòng)”再生和“主動(dòng)”再生：“被動(dòng)”方式即為催化再生，是在過(guò)濾器載體上浸漬催化劑或在燃油中加入添加劑來(lái)降低顆粒的氧化反應的活化能，降低碳粒的起燃溫度來(lái)實(shí)現顆粒過(guò)濾器的再生;“主動(dòng)”再生方式又稱(chēng)為“熱再生”，即外加能量(熱能)的再生方式，利用外部熱源使積存在過(guò)濾體內的微粒升溫、自燃，以減少過(guò)濾器內的微粒PM。根據外加能量的形式可分為：全負荷再生、噴油助燃再生、電加熱再生、電自加熱再生和微波再生等。隨后又開(kāi)發(fā)出CRT(連續再生捕集器)系統、節流再生、逆向噴氣再生、振動(dòng)再生等幾種非加熱再生方式。

　　就目前而言，在再生過(guò)濾器的研究中需進(jìn)一步解決的問(wèn)題有：降低再生溫度，進(jìn)一步降低再生所需要的能量。在柴油機的排氣溫度下使其能有效地再生，達到減少能量損耗和簡(jiǎn)化機構的目的：對于使用氣壓制動(dòng)的車(chē)輛，逆向噴氣再生技術(shù)是今后的一個(gè)發(fā)展方向，但其結構和能量的來(lái)源以及可靠性都有待于進(jìn)一步深入研究。連續再生將是以后一個(gè)重要的發(fā)展方向，但就中國而言，由于受柴油中的硫含量太高的影響(要求為50ppm以下)，國內在相當長(cháng)的時(shí)間內受化工技術(shù)的影響不能使用。

　　在各種柴油機微粒捕捉器再生技術(shù)中，除連續再生外，都要對再生時(shí)機進(jìn)行判斷，即進(jìn)行再生控制，再生控制系統是微粒捕捉器不可缺少的部分?，F代自動(dòng)捕集器系統已經(jīng)具備在線(xiàn)診斷系統形式的電子監測，并同時(shí)控制再生過(guò)程，除了簡(jiǎn)單地監測背壓，還用復雜的運算來(lái)確定煙塵裝載量。最新開(kāi)發(fā)的煙塵傳感器(如測電導率)可連續監控排氣的清潔度，保證了捕集器在正確的時(shí)機進(jìn)行再生。

　　(3)靜電式微粒收集器

　　柴油機排氣微粒中有70%-80%呈帶電狀態(tài)，每個(gè)帶電微粒約帶1-5個(gè)基本正電荷或負電荷，整體呈電中性。目前利用附加強電場(chǎng)對呈帶電特性的碳煙微粒進(jìn)行靜電吸附，并取得了一定的試驗成果。但目前的問(wèn)題是設備體積過(guò)大，成本太高，在車(chē)輛上使用最困難的是高壓電的供給及收集中防止二次分散及反電暈等問(wèn)題。但是隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展也是極有前景的。

　　(4)電壓捕集技術(shù)

　　在柴油機排氣管的上下游分別裝金屬網(wǎng)，網(wǎng)間加約50V直流電壓。一般上游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較大，加負電壓;下游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較密，加正電壓。當微粒經(jīng)過(guò)上游金屬網(wǎng)時(shí)帶上負電，經(jīng)過(guò)下游帶正電的金屬網(wǎng)時(shí)被吸附，從而達到微粒凈化的目的，這種方法裝置簡(jiǎn)單且過(guò)濾效率較高。

　　(5)脈沖電暈等離子體化學(xué)處理技術(shù)

　　此種技術(shù)利用5-20eV的高能電子轟擊反應器中的氣體分子NOx、SO、O和HO等。經(jīng)過(guò)激活、分解、電離等過(guò)程產(chǎn)生很強的自由基COH、HO、原子氧(O)和臭氧等，強氧化物迅速氧化掉碳粒，NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入適當的添加劑(NH等)則生成相應的銨鹽，可通過(guò)濾清器和靜電除塵收集產(chǎn)物，從而達到減少污染的目的。但由于本過(guò)程產(chǎn)生了新的鹽類(lèi)和其它化學(xué)成份，有可能形成二次污染，目前尚處于理論研究和實(shí)驗室內的應用。

　　(6)靜電旋風(fēng)技術(shù)

　　研究人員對靜電旋風(fēng)技術(shù)捕集去除柴油機PM的效果進(jìn)行了探索性研究。結果表明，借助高壓脈沖靜電作用不僅能較好地捕集柴油機排氣中的PM，而且對尾氣中的HC和NOx也有一定的去除作用。靜電旋風(fēng)捕集器具有排氣阻力小、清灰簡(jiǎn)單等優(yōu)勢。

　　4 歐Ⅳ及之后中重型柴油機排放控制主要技術(shù)路線(xiàn)

　　相比目前全國正在普遍實(shí)施的國Ⅲ標準，國Ⅳ標準(實(shí)際實(shí)施時(shí)間已經(jīng)推遲)的要求在前者基準上輕型汽車(chē)單車(chē)污染物排放降低50%左右，中重型汽車(chē)單車(chē)有害氣體排放降低30%左右，顆粒物排放降低80%以上。由表1分析可知，對中重型車(chē)而言，國Ⅲ至國Ⅳ是排放法規升級過(guò)程中，限值跨越最大的一次，因此也是技術(shù)路線(xiàn)升級相對最艱難的一次。

　　表1：美歐日和中國中重型車(chē)排放法規限值與實(shí)施時(shí)間對比(單位：g/kWh)

　　表注：1.中重型車(chē)是指總重>3.5噸的商用車(chē);2.實(shí)施時(shí)間為型式認證的時(shí)間，生產(chǎn)一致性的時(shí)間一般推遲一年。

　　由于我國中重型車(chē)實(shí)施國Ⅳ的相關(guān)技術(shù)路線(xiàn)在行業(yè)上并沒(méi)有統一要求，因此大多數車(chē)企都傾向發(fā)動(dòng)機結構不發(fā)生大的改變的SCR技術(shù)，當然也有部分企業(yè)傾向于采用EGR+DPF(顆粒捕集器)技術(shù)。目前，業(yè)內人士普遍認為，國Ⅳ階段中高端市場(chǎng)會(huì )以SCR為主，低端市場(chǎng)有可能仍然采取EGR+DPF路線(xiàn)。其中高速物流用牽引車(chē)會(huì )采用SCR技術(shù)路線(xiàn)，而對于中短途載貨車(chē)及自卸車(chē)將會(huì )采用EGR+DPF技術(shù)路線(xiàn)。在國Ⅳ實(shí)施的時(shí)間上，除北京、上海、深圳等地區外，全國大部分地區的國Ⅳ標準的實(shí)行預計將會(huì )延期2年左右，即型式核準會(huì )在2012年1月1日真正執行，新車(chē)銷(xiāo)售、上牌將會(huì )在2013年1月1日真正執行。

　　對于歐Ⅳ及之后，歐美主要采用了兩條機外后處理技術(shù)路線(xiàn)：其一是SCR(選擇性催化還原)技術(shù)路線(xiàn)，它是通過(guò)優(yōu)化噴油和燃燒過(guò)程，盡量在機內控制微粒PM的產(chǎn)生，而在機外后處理過(guò)程中，采用尿素溶液對氮氧化物NOx進(jìn)行選擇性催化還原。這一技術(shù)路線(xiàn)在歐洲占主流，歐洲長(cháng)途載重車(chē)幾乎全部采用SCR技術(shù)，不過(guò)短途運輸或者城市公交車(chē)則主要選擇EGR+DPF技術(shù)。目前采用SCR技術(shù)路線(xiàn)的主要有康明斯、馬克、底特律柴油機、戴姆勒-克萊斯勒、沃爾沃、達夫、依維柯;其二是EGR+DPF/DOC(廢氣再循環(huán)+微粒捕集器/柴油氧化催化轉換器)技術(shù)路線(xiàn)，它以廢氣再循環(huán)為基礎，在機內抑制NOx的產(chǎn)生，在機外后處理過(guò)程中采用微粒捕集器對PM進(jìn)行微粒捕捉，這一技術(shù)路線(xiàn)在北美市場(chǎng)占主流，目前采用該技術(shù)路線(xiàn)的主要有康明斯、卡特彼勒、萬(wàn)國、斯堪尼亞、曼等。

　　兩種技術(shù)路線(xiàn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用SCR方案，對發(fā)動(dòng)機不須做進(jìn)一步的強化處理。燃油中的硫含量對于系統的影響較小，可回避燃油含硫量高的難題，而硫含量高是國產(chǎn)柴油近幾年難以克服的技術(shù)問(wèn)題，采用SCR方案可通過(guò)調整噴油特性而節省燃油消耗約5%，但需在加油站設立相關(guān)的尿素溶液補充設備，整車(chē)也需增加一套尿素貯存和轉化裝置而使成本增加。采用EGR+DPF/DOC方案需對原發(fā)動(dòng)機進(jìn)行強化，提高噴油壓力和增壓中冷能力。其次，需提高微粒捕集器的再生能力，還有對燃油含硫量要求較嚴，且燃油消耗較高，但不增加額外的裝置，用戶(hù)只要定期更換微粒捕集器即可。