柴油机尾气后处理主流技术路线分析
目录 一、前言 二、SCR系统介绍 三、EGR+DPF系统介绍 四、两种技术路线对比 五、分析总结
一、前言
1、柴油车相比汽油车具有更佳的燃油经济性和更强的动力，具备长期发展 的潜力。 2、柴油机排放的主要污染物为NOx和固体颗粒物（PM）以及少量的CO和CH。 3、研究表明：空气中颗粒物浓度与婴儿的早死亡、医院入住率、哮喘发生 率等指标之间存在密切的关系。而氮氧化物不仅是形成光化学烟雾和酸 雨的一个重要原因，它还会刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系 统疾病。对儿童来说，氮氧化物会造成肺部发育受损。 4、因此解决柴油机尾气污染问题成为环境保护的重要一环，美国、欧洲更 加重视颗粒物和氮氧化物对健康与环境的影响问题。
一、前言
排放法规
二、SCR系统介绍 系统介绍
1、Selective（选择性）Catalytic（催化）Reduction（还原）简称SCR。 2、SCR技术是目前欧洲市场柴油车尾气后处理的主流路线。首先发动机通 过改变供油提前角等改进发动机的燃烧，使发动机自身降低PM的排放， 然后通过SCR后处理系统降低NOx的排放。 3、 SCR的基本工作原理：系统将尿素溶液喷射到排气管中，尿素分解产生 的氨与尾气混合，经过催化反应器还原NOX生成氮气和水，达到净化尾气 的目的。
二、SCR系统介绍 系统介绍
SCR基本反应
NOx 尿素
混合
SCR H2O + N2
6NO+4NH3=5N2+6H2O 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O 6NO2+8NH3=7N2+12H2O 2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O 氨从尿素中得到： 热解 水解
二、SCR系统介绍 系统介绍
典型SCR系统示意图
图片来源BOSCH
二、SCR系统介绍 系统介绍
技术特点 1、现在国内市场使用的SCR多为钒基催化剂，钒基催化剂的SCR有很好的高 温耐久性和很高的抗硫、磷中毒能力。但是当排温高于550℃时，钒会 挥发。 2、SCR国IV发动机消耗尿素为燃油量的4~6% ，可节约燃油5% ；欧V SCR发 动机尿素消耗增加到5~7%，但是燃油消耗可进一步减少到6%。 3、单独SCR系统对油品无要求，对硫不敏感。 4、需要安装尿素箱。 5、需要尿素供应基础设施的建设。
三、EGR+DPF系统介绍 系统介绍
1、EGR +DPF 是指废气再循环（Exhaust gas recycle）和柴油机颗粒捕集 器（Diesel particle filter）组成的一个尾气净化系统。DPF分很多种， 主要分为PDPF（部分流式，也称POC）和WDPF（壁流式）。 2、EGR+DPF系统通过匹配发动机废气再循环技术机内降低NOX的含量，此 时发动机PM排放量增大，DPF捕集尾气中的PM，经过高温再生把捕集到 的PM碳颗粒燃烧掉，转化成二氧化碳排放到大气中，达到净化尾气的目 的。 3、目前美国及欧洲的轻型车主要采用此种技术路线，部
分欧洲国家要求进 城柴油车必须加装DPF。
三、EGR+DPF系统介绍 系统介绍
EGR+DPF系统示意图
三、EGR+DPF系统介绍 系统介绍
技术特点 1、DPF使用一段时间后，收集在DPF中的PM需要定期去除掉，从而恢复DPF 过滤性能的过程称为颗粒过滤器的再生。可分为主动再生和被动再生。 主动再生利用外加能量（如：电加热器、燃烧器或发动机操作条件的改 变以提高排气温度）使DPF内部温度达到PM的氧化燃烧温度而进行的再 生。被动再生指利用柴油车排气本身所具有的能量进行的再生，一般针 对于CDPF或DOC+DPF的系统。 2、采用EGR+DPF系统的发动机需要调整发动机的技术状态，比如增强发动 机散热能力，提高机油标准，以及更高的喷油压力等等。
四、两种技术路线对比
对比项目
燃油消耗率 燃油喷射系统 冷却系统 发动机强度 润滑系统 对硫敏感度 系统作用是否受限 对封装要求 是否需要尿素系统
SCR技术 技术
相对国3省油5%左右 电控喷射最高喷射压1600Bar 1600Bar 不需要增强散热能力 最大气缸压力160bar 只需用CF-4级润滑油 不敏感 可接受500ppm 排气温度必须高于催化器窗口温度 才有效 高 需要
EGR+DPF技术 技术
相对SCR油耗高10%左右 电控喷射最高喷射压1800bar 1800bar 需加大冷却系统散热能力 需高强度结构，最大气缸压 力180bar 缸套摩擦副需重新设计 需用CI-4级润滑油 敏感 不能高于50ppm 任何工况下都起作用 低 不需要
四、两种技术路线对比
从上表中我们不难看到： 1、使用SCR系统需要引进尿素（AdBlue）供给系统，车辆使用同时需要随 时加注尿素溶液。而且车辆在低负荷运转排气温度较低的车况下此系统 是不起作用的。然而这种技术路线在发动机制造上来讲延续性非常好， 不需要对发动机做太大的变化，好的燃油经济性也成为应用SCR系统发 动机的卖点，因此得到广大主机厂的推崇。 2、相对于SCR系统，EGR+DPF系统能够随时保持尾气排放达标，而且不需要 额外的添加，用户更不容易作弊（不加尿素）。但此系统要求发动机改 变较大，对油品要求高，燃油经济性较差，而且需要引进复杂的主动再 生DPF的再生标定策略，这些都制约了DPF系统在国内的发展。 3、在柴油硫含量方面，中国的石油石化企业在一定程度上制约了柴油车环 保进程的发展。
五、分析总结
对于国四阶段，中国的柴油车这两条技术路线都可以选择： 1、 如果尿素供应问题能够解决，则SCR无论从技术开发可行性方面还是从 燃油经济性方面都是一个不错的选择。从目前看，应该为首选。 2、如果低硫柴油在全国范围内能够普遍供应，则EGR+PDPF将是一个不错 的解决方案。目前，可以应用在一些条件
较好的区域、一些特殊使用领 域。毕竟技术相对不复杂，成本也不是最高。 3、在国四阶段，不推荐用主动再生壁流式DPF技术。因为，首先排放水平 还没有这种要求，同时对DPF的再生标定技术非常复杂， 而且成本高。 4、在车辆应用方面，建议跑长途公路运输的柴油车采用SCR技术路线，轻 型柴油车（3.5L以下）及城市用柴油车（邮政、公交、环卫）加装颗粒 捕集器。