1、歐洲概況

　　自從二十世紀八、九十年代以來(lái)，歐洲市場(chǎng)銷(xiāo)售重型柴油機的制造商數量大幅度下降，原因是并購、股權變更和為了滿(mǎn)足歐Ⅲ之后排放法規而開(kāi)發(fā)越來(lái)越復雜發(fā)動(dòng)機的成本增大。從歐Ⅱ向歐Ⅲ過(guò)渡時(shí)，為了應用新的電控燃油噴射系統和從每缸2氣門(mén)變?yōu)?氣門(mén)，大規模的投資是必需的，這對于很多小的發(fā)動(dòng)機制造商而言是難以承受的。剩余的發(fā)動(dòng)機制造商大多數是非常大的公司，有能力在世界范圍內銷(xiāo)售和生產(chǎn)卡車(chē)和客車(chē)整車(chē)。這些公司由于要增加產(chǎn)能而降低了產(chǎn)品系列中的發(fā)動(dòng)機型號數量。

　　                                                               圖1：歐洲重卡發(fā)動(dòng)機不同排量產(chǎn)量構成（2006年，總產(chǎn)量43萬(wàn)臺）

　　根據發(fā)動(dòng)機排量分類(lèi)（圖1），歐洲產(chǎn)能最大的重型柴油發(fā)動(dòng)機排量在11.5～13L之間。對應歐洲重卡總重主要集中在32～40t之間。

　　1.1歐Ⅳ重型柴油機的主要特點(diǎn)

　　歐洲歐Ⅲ柴油機的設計變化主要在燃油噴射系統。歐Ⅳ以后，主導歐洲重型發(fā)動(dòng)機燃油噴射系統的直列泵消失了，被一系列電控、高壓燃油噴射系統所取代，例如：電控泵噴嘴EUI、電控單體泵EUP、共軌系統CRS和卡特彼勒的液壓電控泵噴嘴HEUI（HydraulicElectronicUnitInjector）以及康明斯的高壓噴射系統HPI。

　　其中，11.5～13L歐Ⅳ重型發(fā)動(dòng)機的主要特點(diǎn)概括起來(lái)有如下幾點(diǎn)：

　　發(fā)動(dòng)機布置直列6缸；

　　吸氣渦輪增壓器和空－空后冷；

　　渦輪增壓?jiǎn)渭壔蛘唠p級；

　　氣缸蓋鑄鐵、水冷、每缸四氣門(mén)；

　　缸體鑄鐵、水冷、離心式機油冷卻器、濕式缸套；

　　燃油噴射系統電控、壓力超過(guò)1600bar(包括EUI、EUP、CRS、HEUI、HPI）；

　　帶有或不帶冷卻油腔鋁活塞或者鋼頂鋁裙組合活塞；

　　壓縮比16:1～19:1；

　　最大缸壓160～200bar；

　　NOx控制通過(guò)冷卻EGR或者SCR；

　　EGR方案顆粒排放控制通過(guò)氧化催化器或者顆粒催化器；SCR方案不用其他措施。

　　1.2實(shí)現歐Ⅳ及之后更高法規的技術(shù)路線(xiàn)

　　歐洲從2005年10月開(kāi)始，卡車(chē)和客車(chē)都必須滿(mǎn)足歐Ⅳ法規。與此同時(shí)，德國出臺激勵政策鼓勵購車(chē)者提前購買(mǎi)歐V排放標準的汽車(chē)。其結果是，在德國銷(xiāo)售的部分發(fā)動(dòng)機達到歐V標準，比歐V法規實(shí)施時(shí)間提前約3年。目前，所有這些歐V發(fā)動(dòng)機都采用選擇性催化還原后處理系統（SCR）。

　　表1匯集了歐洲重型車(chē)主要制造商歐IV和歐V的技術(shù)路線(xiàn)選擇。兩條主要技術(shù)路線(xiàn)分別為廢氣再循環(huán)（EGR）和選擇性催化還原（SCR）。

　　                                                                              表1：歐洲重型車(chē)主要制造商歐IV和歐V技術(shù)路線(xiàn)選擇

　　1.3歐Ⅳ到歐V、歐VI的技術(shù)升級及開(kāi)發(fā)

　　對于重型柴油機來(lái)說(shuō)，歐Ⅳ到歐V常用的辦法是增加噴射到SCR催化器中的尿素量，因為這只需要對原來(lái)發(fā)動(dòng)機進(jìn)行相對小的改動(dòng)。在這種措施中，燃油經(jīng)濟性可以大致保持在歐IV發(fā)動(dòng)機的水平，只不過(guò)尿素消耗量稍微增加。

　　作為選擇之一，如果使用EGR路線(xiàn)，那么EGR率需要進(jìn)一步提高，發(fā)動(dòng)機燃油噴射壓力需要增加，因此需要升級燃油噴射系統。新的燃油噴射系統已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，噴射壓力可達2000bar以上，并且在多次噴射性能上有很多靈活性。為了滿(mǎn)足顆粒排放限值，顆粒過(guò)濾器應該是必需的，可以是全流式的，也可以是分流式的。燃料中的硫含量必須降低到歐V標準，即10ppm以下，這有助于帶有氧化催化器的顆粒過(guò)濾器的應用。目前滿(mǎn)足歐V排放的EGR發(fā)動(dòng)機已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)并投入廣泛應用，其燃油經(jīng)濟性也很有競爭力。

　　歐盟議會(huì )已經(jīng)通過(guò)歐VI排放標準，這意味著(zhù)NOx排放還要大幅度降低，發(fā)動(dòng)機的技術(shù)可能需要EGR和SCR一起使用?？蛇x擇的燃燒方法是均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)燃著(zhù)火HCCI（HomogeneousChargeCompressionIgnition），這種燃燒方式在部分負荷工況下似乎NOx和顆粒排放都很低，但在滿(mǎn)負荷工況下卻無(wú)法達標，所以HCCI技術(shù)更適合輕型柴油機。

　　與歐VI同期的日本和美國，重型柴油機必須安裝全流式DPF，歐洲也有可能必須加裝。這樣為了防止背壓過(guò)高，主動(dòng)再生技術(shù)必不可少。

　　2、曼公司

　　2.1兩種技術(shù)解決方案

　　眾所周知，歐IV法規的排放限值比歐Ⅲ嚴格得多，氮氧化物排放量降低幅度大約30%，而顆粒物排放降低幅度達80%。2009年全面生效的歐Ⅴ排放法規要求進(jìn)一步大幅度降低NOx排放。主要的挑戰是降低兩種污染物的技術(shù)目標存在沖突，通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機，可降低氮氧化物排放，但同時(shí)會(huì )導致顆粒物排放增加，反之亦然。

　　如上所述，柴油機實(shí)現歐IV及以后法規的技術(shù)路線(xiàn)有兩個(gè)。曼則是兩種技術(shù)路線(xiàn)都采用以便給不同地區和不同用戶(hù)提供完美的產(chǎn)品。

　?。?）方案1：EGR+曼的PM-KAT過(guò)濾器

　　曼的可控冷卻廢氣再循環(huán)EGR（圖2）加上免維護的PM-KAT過(guò)濾器（圖3）可以在不需要任何添加劑的情況下滿(mǎn)足歐IV排放要求，這種解決方案是曼獨家的。曼也在歐V產(chǎn)品上采用這種方案，由于該方案明顯的優(yōu)勢，曼很多主要客戶(hù)傾向于選擇這種技術(shù)。

　　由圖3可知，曼的PM-KAT過(guò)濾器實(shí)際上就是一種將柴油氧化催化器DOC和顆粒氧化過(guò)濾器POC集于一體的后處理器。

圖2：曼可控冷卻EGR原理圖


圖3：曼PM-KAT過(guò)濾器化學(xué)反應原理圖

　?。?）方案2：SCR技術(shù)和曼的AdBlue

　　目前SCR技術(shù)已經(jīng)能夠實(shí)現歐IV和歐V排放要求。為了保持氮氧化物排放低于法規限值，這種技術(shù)必須應用一種還原劑AdBlue——曼專(zhuān)門(mén)配制的尿素水溶液。

　　2.2EGR+PM-KAT過(guò)濾器是曼獨有的革命性技術(shù)

　　曼的廢氣再循環(huán)EGR柴油機于1999年開(kāi)發(fā)出來(lái)，為了滿(mǎn)足歐Ⅲ以及后來(lái)的歐IV、歐V排放法規。到目前為止，全世界大約有八十多萬(wàn)臺曼EGR發(fā)動(dòng)機正在運行。曼EGR發(fā)動(dòng)機可靠、經(jīng)濟性好，廣受歡迎。

　　曼采用冷卻的和可控的外部廢氣再循環(huán)EGR可以在發(fā)動(dòng)機機內實(shí)現降低氮氧化物排放，滿(mǎn)足十分嚴格的歐IV、歐V排放要求。PM-KAT則被采用來(lái)控制顆粒物排放，以滿(mǎn)足法規對PM排放的要求。這種系統是安裝在消音器內的顆粒物分離裝置，這種系統不會(huì )堵塞，免于維護，并且不需要任何額外的添加劑。PM-KAT過(guò)濾器可以消除中等程度的細小顆粒物。

　?。?）曼PM-KAT相比SCR系統的主要優(yōu)勢

　　主要有以下9點(diǎn)：1）可靠、免維護，不銹鋼制成；2）可以去除中等程度的細小顆粒；3）燃油經(jīng)濟性沒(méi)有改變；4）對發(fā)動(dòng)機負荷沒(méi)有限制；5）不需要AdBlue基礎設施；6）不需要復雜的測量部件和監測系統；7）沒(méi)有空間限制，最大限度地保持原來(lái)油箱大??；8）比SCR技術(shù)成本低許多；9）比SCR系統輕150kg。

　?。?）曼PM-KAT能夠消除微細顆粒

　　目前空氣中細小的塵埃由直徑小于10微米的顆粒構成，除了其他來(lái)源以外，沒(méi)有加裝過(guò)濾器的柴油轎車(chē)和卡車(chē)是一個(gè)主要來(lái)源。由于微細顆粒對人類(lèi)健康有潛在危險，歐盟出臺一項指令，限制微細粉塵的最高含量，并于2005年1月1日生效。但是，目前一些城市空氣中的粉塵含量依然超過(guò)歐盟限值每立方米50微克。而應用曼PM-KAT的重型車(chē)的微細顆粒物排放能夠達標。

　?。?）曼PM-KAT相比其他顆粒過(guò)濾器的優(yōu)勢

　　傳統的柴油顆粒過(guò)濾器DPF可降低顆粒物排放幅度約85%以上，甚至達99%，但是其維護卻十分困難。然而，革命性的PM-KAT是目前為止唯一一個(gè)免維護過(guò)濾系統，同時(shí)可以有效降低粉塵污染的最細小顆粒。該過(guò)濾器的降低顆粒物排放幅度大約60～90%（主要取決于顆粒物的尺寸）。

　　2.3曼的SCR技術(shù)

　　曼的SCR技術(shù)開(kāi)發(fā)始于二十世紀九十年代末期，曼當時(shí)參與了世界首次野外SCR技術(shù)應用測試試驗。2004年曼SCR產(chǎn)品系列化以后，由于一些歐洲國家對于已滿(mǎn)足歐V排放限值的SCR發(fā)動(dòng)機作為動(dòng)力的汽車(chē)給予大幅度優(yōu)惠，故成千上萬(wàn)的曼SCR發(fā)動(dòng)機被歐洲市場(chǎng)接受。

　　在實(shí)際運行中，曼的發(fā)動(dòng)機被證明是經(jīng)濟性最好的歐V標準的SCR發(fā)動(dòng)機之一。目前曼SCR發(fā)動(dòng)機有三大系列，功率覆蓋360～680PS。對于歐IV機型，AdBlue消耗量一般為油耗的3％～4％，對于歐V，消耗量一般為5％～7％。

　　對于MAN-AdBlue系統，曼根據顆粒物排放和燃油經(jīng)濟性將發(fā)動(dòng)機優(yōu)化，而氮氧化物在發(fā)動(dòng)機外后處理裝置中被從尾氣中去掉，發(fā)動(dòng)機動(dòng)力輸出沒(méi)有一點(diǎn)損失，而油耗甚至可能被降低。在所有SCR技術(shù)方案供應商中，MAN-AdBlue系統獨有特點(diǎn)是消音器的尺寸沒(méi)有變化，所以該系統不占據更多空間。MAN-AdBlue系統中尿素箱與柴油箱組成一個(gè)獨特系統，并可以被加熱以免冬季時(shí)結晶。

　　2.4曼兩種技術(shù)的應用領(lǐng)域

　　曼的EGR+PM-KAT過(guò)濾器系統適用于車(chē)輛行駛路程較短，空間占主導因素（建筑、公共設施、專(zhuān)用車(chē)）的用途，這些工況汽車(chē)主要處在滿(mǎn)負荷狀態(tài)。而SCR技術(shù)則適用于長(cháng)途牽引車(chē)。

　　2.5曼重型柴油機產(chǎn)品主要參數及尾氣處理方案

　?。?）客車(chē)用發(fā)動(dòng)機系列

　　曼歐IV、歐V和EEV客車(chē)用發(fā)動(dòng)機系列主要參數及尾氣處理方案參見(jiàn)下表2～表4。這里的EEV標準，是1999年歐盟制定的“強化環(huán)境友好汽車(chē)—EnhancedEnvironmentallyfriendlyVehicles”超低排放標準。

　　*注：（1）OBD1表示第1代車(chē)載自動(dòng)診斷系統；（2）PM-KAT，表示EGR+PM-KAT技術(shù)路線(xiàn)，下同。

　　*注：（1）OBD2表示第2代車(chē)載自動(dòng)診斷系統；（2）Oxi-Kat，表示EGR+Oxi-Kat技術(shù)路線(xiàn)（Oxi-Kat是一種較復雜而先進(jìn)的柴油氧化催化器DOC），下同。

　　*注：CRT，表示EGR+CRT（連續再生顆粒捕捉系統）技術(shù)路線(xiàn)，下同。

　?。?）卡車(chē)用發(fā)動(dòng)機系列

　　曼歐IV、歐V和EEV卡車(chē)用發(fā)動(dòng)機系列主要參數及尾氣處理方案參見(jiàn)下表5～表7。

　　*注：MAN-AdBlue，表示MAN-AdBlueSCR技術(shù)路線(xiàn)，下同。

（未完待續）