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EGR、SCR两种技术路线的比较（转）(2009-09-20 23:50:30)转载▼标签：两种技术路线的比较1.选择性催化还原SCRSCR 系统通过机内净化降低PM 排放，然后利用SCR 系统降低NOX 排放。
2.废气再循环EGREGR 系统通过EGR 将NOX 排放降低到标准要求以下，通过DOC（柴油氧化催化剂）或者DOC+DPF（颗粒捕捉器）将TPM（总颗粒物）降低到排放标准以下。
EGR 系统有以下几种形式：（1）EGR+DOC：通过EGR 降低NOX 排放，同时大幅提高喷油压力并增加DOC 以降低TPM 排放。
斯堪尼亚在EGR 基础上，在机内系统采用了同康明斯联合研发的XPI（超高压燃油喷射系统，不同我们之前讨论的三大主流主机技术），喷油压力增加到220MPa 以上，再加上DOC，实现了欧Ⅳ排放。
可见该路径需要较高的喷油压力，并不适用于之前讨论的主流主机技术。
（2）EGR+DOC+DPF：根据过滤器再生方式不同，又分为主动再生型和被动再生型，目前欧美都以主动再生以技术为主。
被动再生技术曾广泛用于欧美在用车改造，但由于被动再生需要低硫燃油，同时受发动机工况、负载以及排温的影响，所以在安装被动再生系统前一定要保证能够提供再生所需要的条件。
目前欧美单纯采用被动再生技术已经越来越少。
（3）另外，也有制造商通过使用EGR+DOC+POC（颗粒氧化催化器，通过氧化碳烟来降低颗粒数）系统作为过渡技术达到欧Ⅳ排放，该系统需要与被动再生技术相同的工作条件。
但是该系统最大的优点是价格相对较低，依照中国的现实情况和目前所知，国Ⅳ排量3.9L 以内的车辆极可能采用该技术（其中3.5 吨以上车辆则采用DOC+POC 的技术）。
通过以上分析，我们可以得到EGR+DOC+DPF 系统为目前主流的重型车EGR 技术的结论。
通过以上对比，我们得到两种技术路线的比较：（1）SCR 系统：优势在于无需对机体进行改动，即国Ⅲ电控裸机加上SCR 即可实现国Ⅳ；发动机耐久性好；燃油经济性好；对燃油和机油品质要求低；无催化器堵塞风险；技术升级连续性较好；维护费用低。
浅谈重型柴油发动机的排放标准与后处理技术摘要：随着排放法规的逐步加严，仅依靠机内净化技术已不能达到法规限值要求，还必须使用排气后处理技术来控制污染物。
参考国外柴油发动机从欧VN欧Ⅵ阶段的技术路线，由于柴油机排放物PM与NOx存在折中效应，为达到欧Ⅵ排放标准，应采用组合式后处理。
关键词：重型柴油发动机的排放标准；后处理技术；环境保护部发布了关于实施国家发动机与汽车污染物排放标准，所有生产、进口、销售和注册登记的车用压燃式发动机与汽车（柴油车）必须符合国家第1V 阶段机动车排放标准（国JV标准）的要求。
从国外发展经验来看，柴油车排放要达到国lV标准的要求，除了需要提高发动机技术外，还必须在车辆上安装尾气处理装置。
一、重型柴油发动机的排放标准1.含量类指标。
尿素含量直接影响NOx的催化效率和尿素水溶液的凝固点。
在SCR还原系统中，尿素水溶液的尿素含量是关键因素之一，其原因在于：过高的尿素含量不仅不能提高NOx的转化效率。
由于过高的NH。
／N0x比会造成氨气漏失．反而易导致氨气滑失，形成二次污染物◇过低的尿素含量使NH3／NOx比过低，导致NO。
不能完全转化。
柴油发动机氮氧化物还原剂的密度与尿素含量密切相关。
试验验证表明。
在一定温度下，尿素含量与其密度具有一一对应的关系，且其密度随尿素含量增大而增大。
检测氮氧化物还原剂密度有助于辅助验证产品的尿素含量。
柴油发动机氮氧化物还原剂的折光率与尿素含量密切相关。
经过试验验证，与密度类似，在一定温度下。
柴油发动机氮氧化物还原剂的折光率与尿素含量有着一一对应的关系，且奠折光率随尿素含量增大而增大。
不溶物是柴油发动机氮氧化物还原剂中不溶于水的杂质。
据资料报道。
不溶物的存在不仅会堵塞SCR系统的输液管道和喷嘴。
还易堵塞催化剂孔道，造成NO礴等化率降低（影响尾气在催化剂孔道中的扩散速度）及尾气背压增大。
严重时会损坏发动机。
在一定温度下，尿素能水解产生氨。
碱度太高。
说明部分尿素已经分解。
柴油机排气污染物排放限值及测量方法柴油机是一种内燃机，广泛应用于工业和交通运输领域。
然而，柴油机的使用也会造成大量的排气污染物的排放，对空气质量和人类健康产生不利影响。
因此，各国纷纷制定了柴油机排气污染物排放限值，并采用相应的测量方法来监督和控制排放。
本文将介绍柴油机排气污染物排放限值及测量方法。
一、柴油机排气污染物排放限值1.美国排放标准美国环保署（EPA）颁布了一系列的柴油机排放标准，涵盖了从轻型车辆到重型商用车辆的各类柴油机。
其中，最为重要的是“Tier 4”标准，适用于在2024年以后生产的柴油机车辆。
根据“Tier 4”标准，轻型车辆的柴油机排放限值为每英里氮氧化物不超过0.07克，颗粒物不超过0.01克；重型商用车辆的柴油机排放限值为每马力时氮氧化物不超过0.2克，颗粒物不超过0.01克。
2.欧洲排放标准欧洲联盟制定了一系列的柴油机排放标准，被称为“欧洲阶段标准”。
最新的标准是第六阶段（Euro 6），适用于在2024年以后生产的柴油机车辆。
根据这一标准，柴油机排放限值为每千瓦时氮氧化物不超过0.4克，颗粒物不超过0.005克。
此外，还有其他一些国家和地区制定了自己的柴油机排气污染物排放限值，如日本的“新长期综合管理方式”（Japan's New Long-Term Emission Regulation）和中国的国家排放标准。
二、柴油机排气污染物测量方法为了监测柴油机排气污染物的排放情况，需要采用相应的测量方法。
目前，常用的柴油机排气污染物测量方法主要有两种：稀释采样法和直接测量法。
1.稀释采样法稀释采样法是最常用的柴油机排气污染物测量方法之一、其基本原理是将发动机排气与稀释气体混合，使浓度降低到可测范围内，然后利用传感器等设备进行测量。
稀释采样法有多种具体的实施方法，如稀释尾气测量法（Dilution Method）和恢复系数法（Recoverable Fraction Method）等。
柴油机排气排放标准随着环境保护意识的日益加强，柴油机的排气排放标准成为了人们关注的焦点。
柴油机在运行过程中产生的废气排放对大气环境造成严重影响，因此各国政府和国际组织纷纷制定了严格的排放标准，以限制柴油机的废气排放。
本文将重点介绍柴油机的排气排放标准，帮助您了解相关知识和法规。
一、欧洲柴油机排放标准欧洲是全球最早制定柴油机排放标准的地区之一。
自1970年代开始，欧洲就逐步实施了一系列严格的柴油机排放标准，以控制氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）和硫氧化物（SOx）等废气的排放。
目前欧洲最新的柴油机排放标准是欧洲五号标准（Euro5），该标准于2009年开始实施，要求柴油机在全负荷运转时的颗粒物排放不得超过0.05克/千瓦时，氮氧化物排放不得超过0.40克/千瓦时。
二、美国柴油机排放标准美国政府也制定了严格的柴油机排放标准。
美国环保局（EPA）规定了一系列柴油机排放标准，包括Tier1、Tier2和Tier3等。
其中，Tier3标准是最为严格的，要求柴油机在全负荷运转时的颗粒物排放不得超过0.01克/千瓦时，氮氧化物排放不得超过0.20克/千瓦时。
为了达到这些标准，柴油机必须采用先进的后处理技术，如选择性催化还原（SCR）等。
三、中国柴油机排放标准中国政府也高度重视环境保护，近年来加强了对柴油机排放的监管力度。
中国最新的柴油机排放标准是国五标准（国Ⅴ），该标准于2018年开始实施，要求柴油机在全负荷运转时的颗粒物排放不得超过0.035克/千瓦时，氮氧化物排放不得超过0.35克/千瓦时。
与欧洲五号标准和美国Tier3标准相比，中国国五标准在颗粒物和氮氧化物的排放限制上更为严格。
四、国际柴油机排放标准除了欧洲、美国和中国等地区和国家外，国际上还有许多其他国家和组织也在制定和实施柴油机排放标准。
例如，国际标准化组织（ISO）就制定了一套用于衡量船舶和工业用柴油机性能的标准，其中涉及到柴油机的排放性能。
此外，联合国环境规划署（UNEP）等国际组织也在推动全球范围内实施更为严格的柴油机排放标准。
柴油发动机的排放标准是根据不同地区和国家的法规制定的。
以下是一些常见的柴油发动机排放标准：
1.欧洲排放标准：欧洲采用了一系列的排放标准，通常被称为“欧标”。
其中最新的欧洲排放标准是欧洲第六阶段排放标准（简称“欧六标准”），于2014年实施。
欧六标准对氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）等污染物的排放限制更加严格。
2.美国排放标准：美国环保署（EPA）制定了一系列的排放标准，称为“Tier”。
最新的是第四阶段排放标准（简称“Tier 4标准”），于2014年开始实施。
Tier 4标准对NOx和PM的排放限制更加严格，同时还要求发动机使用更为先进的排放控制技术。
3.中国排放标准：中国国家标准委员会制定了一系列的排放标准，称为“国标”。
最新的是国家VI阶段排放标准，于2021年7月1日正式实施。
国VI标准对NOx、PM、HC和CO等污染物的排放限制更加严格，同时还规定了更为严格的检测方法和监测要求。
需要注意的是，不同地区和国家的排放标准可能存在差异，具体应根据当地的法规和标准来确定。
柴油机达到欧5排放标准的新技术【法】 IFP公司 / Valeo公司和 2008～2010年生效的柴油机欧5排放标准的最大挑战在于要大大降低NOX颗粒物排放。
为了达到这个目标，IFP公司和Valeo公司共同合作开发出了新的NADI燃烧方式。
这种被称为“窄油束锥角直接喷射”（“Narrow Angle Direct Injection”）的燃烧方式采用了油束锥角非常小的直接喷射和创新的进气系统模排放，而且并没有因此使燃油耗增加。
这种燃烧方式基于应块，显著降低了NOX用冷却EGR降低燃烧温度。
1 前言为了开发出能以汽车工业认可的代价达到未来排放标准的系统，IFP公司和Valeo公司共同合作，确定了有关燃气成分、燃气温度和压力等方面对进气系统的切实可行的要求，并已用Valeo公司创新设计的进气系统和合适的调节策略达到了这些开发要求。
IFP公司采用很窄的油束锥角开发出的直接喷射方案（NADI），在和颗粒排放方面获得了许多企盼的结果，并在一台 2.2 L-TDI发NOX动机上采用Valeo公司创新设计的进气系统继续进行进一步的开发工作。
这种极限冷却进气系统（Ultimate-Cooling-Ansaugsystem）基于一个带有EGR冷却器的液冷式低温回路，和一个液冷式增压空气冷却器，并以较小的结构空间达到了很高的冷却效率。
2 欧5排放标准的要求根据欧5排放标准的要求，柴油机的NO和颗粒排放限值几乎只X有欧4排放标准的一半（图1），确实是一个比较棘手的难题。
排放量较少，因此只要能进一由于柴油机的热效率高，而且CO2步降低其NO和颗粒排放，柴油机的市场份额还能进一步增长。
虽然X的后处理装置能有所减少，但是即使这些废气中的有害成分通过NOX如此，后处理装置仍存在着一些需要进一步解决的重要问题，诸如负载能力尚不令人满意，对硫很敏感，并且成本又较高等。
为此，研究了一些新的燃烧方式，例如均质充量压缩点火（HCCI）和高预混合燃烧（HPC）。
但是，这两种燃烧方式在全负荷工况时的HC和CO排放量太高，因此无论是应用范围还是输出功率都受到限制。
于是，IFP公司开始实施NADI项目。
在这种新的燃烧方法中，将部分负荷运行工况采用HPC燃烧方式与高负荷或全负荷运行工况采用传统的柴油机燃烧方式结合起来。
这种NADI燃烧方案基于采用特定的喷射角和一个新的活塞顶凹腔几何形状实现多次喷射的策略。
然而，如果没有有效的冷却功能管理，欧5的要求还是达不到的。
为此，Valeo公司开发了一种创新的液冷式低温进气系统模块，其冷却效果在应用旁通道的情况下几乎没有什么变化，至多只有3次波动，达到了欧5排放标准所要求的高水平。
低温冷却回路包括一个EGR冷却器和一个靠近发动机安装的液冷式增压空气冷却器。
其最直接的优点是增压空气管路中的压力降较小，经过的管路大大缩短，热损失也较少，因此有效地提高了进气空气的密度。
由此可见，这种极限冷却进气系统由液冷式增压空气冷却器、EGR 冷却器及其包括阀和旁通道在内的调节装置组合而成。
这种进气模块可直接安装在发动机上，因此赢得了汽车前端宝贵的结构空间。
图1 欧洲废气排放标准逐渐降低的限值3 NADI燃烧方式的开发为了获得最佳的发动机功率，IFP公司开发了一种能以两种运行和颗粒排放，方式工作的发动机。
在中低负荷时，为了达到低的NOX发动机进行HPC燃烧；而在高负荷时，为了获得与柴油机技术现状相应的功率和扭矩值，发动机以传统的柴油机燃烧方式工作。
这就意味着燃烧系统必须在两种燃烧类型之间转换。
假如在进行HPC燃烧时，在燃烧开始前燃油和空气要达到最佳的混合。
许多试验研究已证实，批量生产的进气道喷射发动机的缺点阻碍了发动机获得如此良好的混合气，因此首先要寻找到合适的燃烧方式，能够采用多次喷射的共轨喷油系统和传统的喷油器来实现HPC燃烧过程。
此时，窄锥角油束应当通过提前或延迟喷射来改善燃油和空气的均匀混合，特别是要避免燃油凝聚在气缸壁上。
传统柴油机燃烧系统的油束锥角为145°～155°，而典型的NADI油束锥角在50°～100°之间。
延长燃烧过程的自行着火阶段同样也是十分重要的，对此降低进气空气温度和减少氧含量是非常有效的方法，因此在开发这种燃烧系统时，采用了高的EGR率、较低的压缩比（16:1和14:1之间）以及EGR冷却器，使燃烧温度得以降低。
高质量的传统燃烧过程主要是靠燃油油束和活塞顶燃烧室凹腔的共同作用，因此NADI面临的挑战在于，如何用窄油束锥角来确保喷入活塞顶燃烧室凹腔中燃油的合适运动及其与空气的最佳混合。
为此，活塞顶燃烧室凹腔几何形状的设计应尽可能改善燃油和空气的均匀混合，由此来减少炭烟的形成。
因此，在开发过程中进行了计算流体力学（CFD）模拟，并在实际运转的发动机上进行试验研究。
通过活塞顶燃烧室凹腔与锥形油束的匹配试验，获得了最重要的技术参数，从而确定了一些燃烧室及其相应的窄锥角油束喷油嘴和涡流运动特性。
3.1 单缸机试验研究为了证实改善的可能性，并加快确定用于多缸机的硬件，在单缸机上进行试验研究。
喷油策略、压缩比和换气特性（进气压力和温度、EGR率等）[1]对改善HPC燃烧方式运行结果起着重要作用。
采用14:1压缩比和第3代Bosch喷油系统，并对进气管理（进气温度和压力）进行试验，获得了许多期望的结果。
图2表示与传统的发动机相比，在1500 r/min转速下，直到平均有效压力达到0.9 MPa时，的排放量几乎为零，而燃油耗却并没有提高。
NOX在发动机小负荷工况，由于喷油策略的改善和高的EGR废气温度，降低了HC和CO的排放量。
而在中高负荷工况，由于采用了新的与众不同的喷油策略（与众不同的上止点喷油）和非常良好的油束与燃烧室凹腔的匹配，降低了颗粒排放量以及与此相关的燃烧噪声。
在高负荷工况，由于在Valeo公司的EGR冷却技术和/或带有低压EGR 装置的进气系统硬件的基础上，实施了进气空气管理，从而获得了许多期望的结果。
3.2 目前多缸机的台架试验结果用于进行试验的批量生产多缸机的规格如下：●缸径×行程：87×92 mm●气缸数：4●排量：2188 cm3●燃烧系统：NADI●压缩比：14:1●喷油系统:Bosch CR 12●增压器:Grrett VNT●EGR冷却器:试验专用样品活塞顶燃烧室凹腔设计成相应的NADI凹腔形状，其容积与压缩比14:1相配，气缸盖上的进气道能产生1.3涡流比（在下止点时）。
所有的试验结果都是用自行开发的进气特性（涡流比）得到的。
Bosch CR 12喷油系统达到最高的喷油压力160 MPa，即使这对于HPC燃烧方式运行范围并非是最佳的方案，但是这与这里介绍的NADI燃烧方式所采用的发动机带有涡轮增压器和传统的高压EGR有关。
图2 在1500 r/min转速下的单缸机试验结果为了达到全负荷的额定功率，选用了增压器，采用的是传统结构，但是与批量生产的增压器相比，压气机和涡轮机的效率略有提高。
进气系统中有一个增压空气冷却器，可使全负荷时进气歧管中的空气保持在50℃。
EGR废气在涡轮前从排气歧管中引出来，并在压气机后进气歧管前不远处通过一个节流孔进入进气管，该节流孔有助于改善EGR 废气与新鲜空气的均匀混合。
EGR 回路中有一个格栅经试验匹配好的EGR 冷却器，为其提供专用的低温冷却液循环，并可通过一个旁通道旁通，以便在发动机负荷很低时提高进气空气温度，降低HC 和CO 的排放量。
试验时EGR 消耗的功率将在3.3节中予以说明。
由IFP 公司专门开发的发动机电子控制装置能够调节不同的发动机参数。
发动机使用含硫量为50ppm 的普通商用柴油运行。
3.3 EGR 温度的影响由于通过单缸机试验已查清了进气温度对燃烧的影响，因此在多缸机上只要查明EGR 温度的影响。
为此，选择了两种典型的部分负荷工况：平均有效压力为0.6 MPa 时的1500 r/min 和2500 r/min 。
EGR 冷却器后的温度在50℃～120℃之间变化。
图3表示在这两种转速下所需的EGR 冷却功率。
它们表明，在这些情况下EGR 冷却功率要比通常达到欧4排放标准所需的冷却功率高的多，因此必须对EGR 冷却功率进行相应的匹配。
正如图4所示，降低EGR 温度也就意味着燃烧噪声将随着颗粒排放明显降低。
在EGR 冷却器出口温度为50℃～120℃之间的情况下，EGR 对燃油耗、CO 、HC 和NO X 的影响并不明显。
图3 1500 r/min 和2500 r/min 转速下的EGR 冷却功率3.4 部分负荷的试验结果选择发动机1500 r/min和2500 r/min两种转速来对NADI燃烧方式进行评价，并与在压缩比为18:1和采用相应于欧4排放标准运行参数的批量生产发动机上得到的试验结果进行比较。
图5和图6表示在上述两种转速下的试验结果。
在这两种转速下，排放几乎以HPC方式运行能在平均有效压力达到0.6 MPa之前，NOX为零，并且燃油耗也较低。
该运行界限主要确定了首先在多缸机上选用的进气系统硬件。
图4 在所试验的EGR功率范围内的燃烧噪声和烟度图5 多缸机1500 r/min 的试验结果：有害物质排放的降低图6 多缸机2500 r/min 的试验结果：有害物质排放的降低 在低负荷情况下，与常规的燃烧方式相比，仍能保持较低的比油E G R E G R 冷却功率 炭烟耗；而在较高的负荷情况下，以HPC燃烧方式运行的比油耗略有增加，排放之间获得令人满意的折衷。
这是为了在比油耗和NOX排放情况相似，在这两种转速下，以HPC方式运行能在平与NOX均有效压力达到0.6 MPa之前，使炭烟排放保持在非常低的水平。
这些试验结果都是通过延长喷油结束到燃烧开始之间的延迟间隔来达到的。
与众不同的上止点喷油策略能够加长这种延迟，而与推迟喷油策略相比不会使燃油耗有过多的增加。
同样，燃烧噪声也比常规的燃烧方式低得多，其中EGR起到了部分作用，但主要是所采用的喷油策略延缓了燃烧的放热速率。
在多缸机上应用时。
由于进气系统中使用的硬件（限于废气涡轮增压器和EGR冷却器），HPC燃烧方式的运行范围被限制在平均有效压力0.6 MPa以下。
为了获得更多的所期望的试验结果，还必需要有进一步优化进气空气的措施。
为了提高效率（温度降低幅度和流动压力降），首先在规定的EGR冷却功率下，开发出能满足汽车现有限制条件的新的冷却技术。
第二个开发重点是进一步改进废气涡轮增压技术，以提高实际上确实并不太高的效率，从而获得所需要的充量压力。
因此，必须随着发动机负荷的增大，提高空气和EGR的质量流量，而这种气体质量流量的增加还取决于进气系统中压力的提高。
然而，压气机压力的提高即意味着缩小废气涡轮的流通截面积，由此就会导致高的换气损失，而且使压气机工作在效率较差的运行区域。
