中重型車用柴油機實施歐IV排放的技木路徑

1、.：.；中重型車用柴油機實施歐IV排放的技木途徑1 歐洲重型柴油機排放限值的演化 在一些國家和地域，中重型車用柴油機的排放在發(fā)動機對環(huán)境排放奉獻度中要到達70%左右，因此中重型車用柴油機的排放不斷是內燃機排放控制領域的重點。2005年歐洲車用發(fā)動機已開場實施歐排放法規(guī)，其對柴油機提出了更為苛刻的要求。表1為歐洲重型柴油機排放限值的演化，其中NOX排放限值自排放法規(guī)實施20年以來下降了81%；PM排放限值15年以來下降了97%。 2 中重型車用柴油機實現(xiàn)歐應具有的根本條件 中重型車用歐柴油機必需建立在一臺有良好根底的電控歐111發(fā)動機根底上。國外典型的1213L車用歐柴油機具有如下特征： a.采

2、用直列6缸方式，單級帶空一空中冷渦輪增壓系統(tǒng)，同時匹配排氣旁通閥和可變截面渦輪增壓器或復合增壓系統(tǒng)，或采用二級增壓系統(tǒng)?？刂七M氣溫度很重要，進氣溫度每減低1NQ，可減少0.5%0.67%。 b.采用鑄鐵缸蓋、水冷、4氣門構造，噴油嘴垂直中置。4氣門構造有使發(fā)動機功率提高15%左右、降低油耗4%左右的潛力。 c.機體采用鑄鐵，水冷、濕式缸套，內置式機油冷卻器。 d.采用整體鋁活塞/鋼頂鋁裙組合活塞/整體鋼活塞。 e.燃油系統(tǒng)采用電控共軌系統(tǒng)/電控單.體泵/電控泵噴嘴/HEUI/高壓放射系統(tǒng)。需電控、35次的多次放射包括預噴、主噴、后噴才干和更高的燃油放射壓力。如采用共軌系統(tǒng)，額定工況時最大放射壓

3、力要到達180 MPa；如采用電控泵噴嘴或電控單體泵，額定工況時最大放射壓力要到達200 MPa3。為使油耗降低，應縮短噴油繼續(xù)期，使放熱接近上止點。要借助于噴油規(guī)律實現(xiàn)柔和熄滅。表2為歐洲1213 L車用柴油機燃油系統(tǒng)的構成及預估情況。 f.進一步優(yōu)化進氣渦流和熄滅系統(tǒng)，采用直口或略微縮口熄滅室，進氣渦流比為0.51.5，緊縮比為16.518.5。 g.缸內最大迸發(fā)壓力可達1822 MPa，升功率可達35 kW/L。 h.進一步控制燃油中的硫含量到50 x10-6以下，燃油的十六烷值提高到52或十六烷指數(shù)提高到46。 i.嚴厲控制活塞環(huán)、氣門導管、增壓器軸承等處的機油走漏量，將發(fā)動機額定工況

4、時機油耗與柴油耗的比值控制到0.1%以下。 j.采用排氣后處置安裝。 為實現(xiàn)歐排放，在熄滅方面，目前技術情況下能采用的技術措施多已被采用，僅依托熄滅系統(tǒng)的優(yōu)化已無法滿足要求，更多地是將其與機后凈化措施相結合，來滿足更為苛刻的排放要求?？刂芇M排放的措施有氧化催化器可溶性顆粒物、顆粒捕集器固體顆粒物。 研討開發(fā)中的柴油機NOX后處置方法，有選擇性非催化復原SNCR、選擇性催化復原SCR、非選擇性催化復原NSCR和吸附復原催化劑，以及最新提出的低溫等離子體技術，具有同時去除NOX和PM的潛力。 3 實現(xiàn)歐W的兩條主要技術道路 要實現(xiàn)歐對NQx和PM都較低的限值，目前有如圖1所示的兩條技術道路：其一

5、是先經過放射系統(tǒng)優(yōu)化和放射定時提早以降低顆粒物，再運用SCR來降低因熄滅優(yōu)化而產生的NQx排放；其二是EGR+DPF道路，即先經過廢氣再循環(huán)降低排放中NOx的成份，再用顆粒捕集器捕集因運用EGR而略有添加的顆粒、物，從而到達同時降低NOx和PM的效果6。3.1 道路1優(yōu)化熄滅+SCR 此種道路在歐洲采用較多，簡稱歐洲道路。對于大多數(shù)制造商，開展現(xiàn)有的發(fā)動機技術是首選的途徑。有幾種可選擇的方案：如先在發(fā)動機機內處置NQx，再處置PM；或者兩者都進展后處置。后者存在一個污染源回收的處置問題。沒有EGR系統(tǒng)，在發(fā)動機機內處置NOx是非常困難的，并且燃油耗費更高。因此，制造商普通采用在發(fā)動機機內減少P

6、M排放、在廢氣中處置NOx的措施。 在歐洲，目前采用的一種處理方案是：利用商業(yè)用的固體尿素和水水溶液濃度為32.5%0.5%，在排氣中噴人尿素、氨水等復原性物質，將NQx主要是NO復原為N2和H20。如市面上銷售的AdBlue，它無毒、干凈、無氣味、不易著火、無爆炸危險，但有一點點腐蝕性，必需運用特殊的儲存容器。圖2為SCR系統(tǒng)的任務原理。圖3為用于歐發(fā)動 這種凈化方案的發(fā)動機燃油耗費率比較低，油耗可節(jié)省5%7%，假設扣除因尿素所添加的費用，還將有節(jié)油2%3%的優(yōu)勢。此外，這一道路對于燃油質量相對不敏感，戴姆勒克萊斯勒公司以為甚至含硫量350 x10-6以下的歐燃油就可以滿足要求。 但運用SC

7、R后不但要添加SCR本身安裝的質量約150300 kg，另外還要添加1個尿素溶液AdBlue箱和尿素溶液。按100 L尿素溶液運轉7 000 km計算，一輛汽車損失的有效載荷在400 kg左右。SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動機管理系統(tǒng)控制，尿素的噴入量必需求與NOx的濃度相匹配，在保證降低NOx的同時，不能超越份量。尿素的噴人量過少，那么達不到應有的處置程度，尿素的噴人量過多，那么會使多余的氨氣排入大氣，導致新的污染。所以，必需有高靈敏度的NOx濃度傳感器以及相應的高精度尿素放射安裝。而且尿素耗費較快，定期添加尿素的責任也必需由用戶來完成，這就加大了安裝的復雜性和保養(yǎng)的難度，而且這種安裝的價

8、錢也是較為昂貴的。目前歐洲市場每升尿素溶液現(xiàn)價為40歐分，每升柴油現(xiàn)價為42歐分。 SCR作為新的后處置技術，由于系統(tǒng)本錢高 大約是車輛本錢的3%5%、初期投資高、操作和保養(yǎng)費用高、需求加1套較復雜的調理復原劑放射量的控制系統(tǒng)等緣由，在車用柴油機上還沒有得到推行。其還要求行駛區(qū)域內對尿素的供應，并需求車載診斷OBD，同時需求車輛運用者有較高的環(huán)保認識，自覺及時地添加尿素也是目前實施這一道路的現(xiàn)實困難。此外，在溫度較低-11的情況下，尿素-水溶液會結冰，也使其在冰冷地域的推行運用遭到限制，但現(xiàn)已可以經過尿素計量系統(tǒng)的適當加熱措施來處理。在SCR技術的運用方面，目前曾經根本處理尿素的儲存、注入和放

9、射戰(zhàn)略等技術問題，其運用耐久性好，已有幾年在柴油機上運用的閱歷，但還需進一步處理降低SCR安裝本錢以及尿素加注站的規(guī)劃等問題。隨著對SCR技術的開發(fā)研討和排放法規(guī)的日趨嚴厲，置信SCR技術在歐機上很快會得到推行。 3.2 道路2EGR+DPF 該道路美國采用較多，簡稱美國道路。 供油提早角和EGR都對柴油機的NOx排放和PM排放有較大的影響。減小供油提早角，可以使NOx排放降低，但會使PM排放和燃油耗費率添加；而增大EGR率，使廢氣與進氣混合可以降低缸內氧氣濃度，從而在熄滅過程中降低氣體最高溫度的同時可使NOx排放降低，但會使PM排放添加。與減小供油提早角相比，燃油耗費率變化不大，所以在采用降

10、低NOx排放的措施時應首選EGR系統(tǒng)。 EGR可有效地降低NOx排放，但隨著EGR率的添加，缸內較低的氧氣濃度將會添加顆粒物的排放，并使發(fā)動機的排氣煙度添加，在中小負荷時煙度值比較小，而大負荷時會使柴油機的排氣煙度增大，所以為到達歐排放限值，EGR率普通控制在15%以內，同時還需配合運用DPF微粒捕集器。然而這項技術卻埋伏著危險：一方面燃料一中的硫會使微粒捕集系統(tǒng)中毒失效；另一方面，廢氣中含有的灰分會逐漸地堵塞捕集器，添加排氣背壓，使油耗惡化。因此，有時在DPF的上游添加一個氧化催化轉換器DOC，其基質用貴金屬如白金涂層，就可以改良再生過程的效率，還將進一步降低HC的排放。圖4為一典型的中重型

11、車用柴油機配置的EGR+DPF+DOC系統(tǒng)VGT為可變截面渦輪增壓進氣系統(tǒng)。在某些發(fā)動機上也有只用DPF或DOC來轉化PM的。 該方案本錢比SCR低，但它不適宜停車起動操作，由于此時發(fā)動機排溫不能夠到達300，廢氣中的黑煙無法在顆粒過濾器中熄滅，同時還存在過濾器堵塞的危險。它更適宜發(fā)動機排溫高而且比較穩(wěn)定的長途運輸運用。 為使EGR更有效，EGR冷卻系統(tǒng)和散熱器必需比普通的大得多，甚至大于道路1中尿素箱的尺寸，可大多數(shù)發(fā)動機為了減少噪聲進展了空間緊縮，這添加了冷卻問題的處理難度。早期實驗闡明了在歐W發(fā)動機中運用EGR的燃油效率不如SCR。而且這條道路對燃油質量的要求更高，要求硫含量到達低于50 x10-6的程度，理想情況要求到達10 x10-615x10-6的程度，這對于我國的石油工業(yè)要在2021年前到達這一要求似有困難。另外，要在柴油機上實現(xiàn)微粒捕集器的再生，普通需求附加能源，例如用熄滅器加熱、電阻加熱或微波加熱，這些也在一定程度上添加了這一道路的油耗和系統(tǒng)本錢。 正由于這些緣由，許多消費廠商反對采用EGR系統(tǒng)。當然，這并不意味著歐、歐發(fā)動機也不會采用。 目前，采用這一道路的主要廠商有SWRI，SCANIA、MAN等。 表3給出了上述兩條技術道路的比較。 4 終了語 a.要實現(xiàn)歐對NOx和PM都較低的限值，目前大致上