第１期 陕西交通职业技术学院学报 Ｎ０．１ ２０１３矩 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０ｌ ３ 国Ⅳ标准下的柴油机排放控制技术 伍小敏，杨超 （长安大学汽车学院，陕西西安７１００６４） 摘要：根据国家汽车污染物排放标准实施计划，２０１１年７月１日起，轻型汽油车、气体燃料点燃式汽车开始 执行国Ⅳ标准。但柴油车却因为技术升级问题，不得不推迟实施国Ⅳ标准。本文将重点探讨国Ⅳ标准下柴油车 的排放控制技术，以适应即将到来的更严格的柴油车排放法规。 关键词：柴油车；排放污染物；控制技术；国Ⅳ标准 中图分类号：Ｕ４６４．１７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：（２０１３）０１－００２８－０４ Ｏｎ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｓ ｕｎｄｅｒ ＣＨＩＮＡ Ｓｔａｇｅ ＩＶ ＷＵ Ｘｉａｏｍｉｎ．ＹＡＮＧ Ｃｈａｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，Ｃｈａｎｇｈｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ｈｎ ７ １ ００６４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｎａｔｉｏｎａｌ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｌａｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｄｕｔｙ ｇａｓ— ｏｌｉｎｅ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｇａｓ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｂｅｇｉｎｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ １Ｖ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｎＪｕｌｙ １ ｓｔ．２０ １ １，ｗｈｉｌｅ ｄｉｅｓｅｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｈａｖｅ ｔｏ ｐｏｓｔｐｏｎｅ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ＩＶ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｕｐｇｒａｄｅ ｉｓｓｕｅｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｄｉｅｓｅｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ＶＩ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｏａｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｕｐｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ｓｔｒｉｎｇｅｎｔ ｄｉｅｓｅｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ＶＩ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ １ 前言 ２我国柴油车排放控制现状 ２０１１年７月１ ＥＩ起，根据《轻型汽车污染物排 目前我国柴油车排放控制水平相对落后，第三 放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（ＧＢ１８３５２．３ 阶段大多数轻型柴油车仍然不加装后颗粒物捕集 —２００５），凡不满足国Ⅳ标准要求的轻型汽油车、单 器，排放控制光靠机内净化技术，并且机内净化技 一气体燃料车及两用燃料车不得销售和注册登记。 术较欧、美国家有较大差距，ＮＯ 颗粒物排放污染 但本应一同实施的柴油车国Ⅳ标准，却因为燃油品 仍令人担心。柴油车排放标准偏松，从排放标准要 质、成本及柴油车污染物控制技术升级问题，不得 求上看，对轻型柴油车所排放的ＮＯ 和颗粒物一直 不推迟实施。原定于２０１０年１月１ Ｅｔ实施的３．５ 大大宽于汽油车所要求的排放限值：ＮＯ 是汽油车 吨以上柴油车国Ⅳ标准，推迟两年实施；３．５吨以下 所排放的３倍以上；颗粒物是汽油车所实际排放的 柴油车则推迟了３年，在２０１３年７月１日实施国Ⅳ １０倍以上。 标准。本文将重点探讨国Ⅳ标准下，适合我国国情 然而，国Ⅳ标准在ＮＯ 和ＰＭ排放要求上大幅 的柴油车排放控制技术，以使其能够适应即将到来 提高，ＮＯｘ和ＰＭ都要求降低５０％左右＿１ Ｊ，表１给 的更严格的柴油车排放法规。 出了柴油车国Ⅳ标准与国Ⅲ标准比较。因此，只靠 收稿日期：２０１２—１２—２０ 作者简介：伍小敏（１９８６一），男，长安大学汽车学院载运工具运用工程专业硕士研究生。 ２８ 第１期 ＮＯ．１ ２０１３正 陕西交通职业技术学院学报 ２０１３ 以前的机内净化技术已经很难满足新的排放法规 传统排放控制的基础上，使用更加先进的排放控 的要求了。柴油车要满足国Ⅳ标准，需要在之前 制技术。 表１ Ｉ型试验排放限值 ３排放控制技术 区域更容易产生上述现象，严重时不仅喷射不均 匀，而且会发生间歇性不喷射现象。此外，由于柴 ３．１ 柴油机排放控制技术 油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实 柴油机技术在未来面临的问题是不断降低ＰＭ 际喷油规律与喷油泵所规定的供油规律有较大差 和ＮＯ 的排放水平，只有不断改进和完善柴油机机 异。并且油管内的压力波动有时会在主喷射之后， 内净化技术才能满足不断升级的排放法规。先进 使油管内压力再次上升，达到令喷油器针阀再次开 的柴油机机内净化技术包括电控高压燃油喷射技 启的压力，产生二次喷射，由于二次喷油不可能完 术、废气涡轮增压及中冷技术、高效燃烧技术、燃烧 全燃烧，于是增加了碳氢化合物的排放，油耗增加。 室结构优化及废气再循环技术；同时为了满足国Ⅳ 为了解决这一问题，现代柴油机采用了高压共轨技 排放标准，重型柴油车辆必须加装尾气后处理装置 术。高压共轨喷射将燃油压力的产生和燃油的喷 （ＳＣＲ技术及ＥＧＲ＋ＤＰＦ技术）来降低ＰＭ和ＮＯｘ 射分离开来，由高压油泵将高压燃油输送到公共供 的排放水平。本文主要就具有选择余地的燃油喷 油管，并精确控制公共供油管内的油压，使高压油 射技术及排放后处理技术进行探讨。在国Ⅳ标准 管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小 方面，燃油喷射技术主要是高压共轨技术和电控单 柴油机供油压力随发动机转速变化的程度 ３ Ｊ。 体泵之争。排放后处理技术主要是ＳＣＲ和ＥＧＲ＋ 单体泵技术是每个气缸都装配一个高压泵，最 ＤＰＦ之争 引。 高喷射压力可达２００ＭＰａ，柴油从燃油箱出来后，先 经过低压输油泵对柴油初步加压，然后由单体泵正 ３．２燃油喷射技术 式加压，再由微电脑控制单体泵中电磁阀的动作时 ３．２．１ 高压共轨技术与电控单体泵技术 刻和通电时间的长短，来完成对喷油时刻和喷油量 柴油机每次喷射循环后高压油管内的残压都 的精确控制。电控单体泵技术通过将机械喷油器 会发生变化，随之引起不稳定喷射，尤其在低转速 改进为电磁阀喷油器后，能够实现多次喷射，可以 ２９ 第１期 ２０１３拄 满足国Ⅳ要求。 ＮＯ．１ 陕西交通职业技术学院学报 ２０ｌ３ ３．３排放后处理技术 ３．３．１ ＳＣＲ技术和ＥＧＲ＋ＤＰＦ技术 ３．２．３ 高压共轨技术与单体泵技术的比较 对中国重型柴油车市场来说，单体泵在目前状 况下是个不错的选择。相对于共轨系统而言，单体 泵系统对水分的敏感性大大优于共轨系统，没有持 续的喷射高压源带来的安全隐患，排放稳定性好； 系统零部件比共轨系统成熟，使用寿命长；维修成 本低：可进行单缸零部件更换，机械喷油器成本也 ＳＣＲ工作时供应泵运转吸出尿素罐内的尿素 溶液，由于压缩空气的作用，尿素溶液在计量单元 内提前雾化混合，然后通过喷嘴喷射到催化器前端 的排气管中。由于喷嘴安装在催化器的上游，因此 尿素溶液有充足的时间用于热分解生成还原剂氨 气，如式（１）所示。氨气在ＳＣＲ催化器内部净化 ＮＯ 的主要反应式如式（２）（３）所示 。 （ＮＨ３）２ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ一２ＮＨ３＋ＣＯ２ ４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２ ４Ｎ２＋ＣＯ２ ４ＮＨ３＋２ＮＯ＋２ＮＯ２＿＿＋４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （１） （２） （３） 较电控喷油器成本低，这是由于缸平衡控制策略提 供了很好的各缸一致性控制，单体泵自校正策略确 保了生产一致性控制，电控系统自学习、自诊断策 略确保了寿命期内的性能一致性控制。而且单体 泵对发动机的改动非常少，只在油路系统做些变 化。更重要的是，单体泵对油品质量的忍耐程度比 共轨系统要求低。中国柴油除了杂质高之外，硫含 量也非常大。单体泵跟共轨系统相比，单体泵很早 即可达到２００～２２０ＭＰａ的喷射压力，而单独的共轨 系统现在最多只能达到１８０ＭＰａ，如果共轨系统想 ＥＧＲ系统通过再循环一小部分废气来稀释空 燃混合气，降低最高燃烧温度和最高燃烧压力，降 低ＮＯ 的生成。此外，它可降低燃烧充量的氧含 量，有助于降低ＮＯ 的生成。但应用ＥＧＲ会导致 某些动力损失并增加ＰＭ。优化ＥＧＲ系统需要在降 低ＮＯ 与减少任何可能的动力损失以及不增加ＰＭ 满足国Ⅳ标准，必须要结合增压系统。在今后更为 排放三者之间进行折中考量。由于ＥＧＲ在降低 ＮＯ 与ＰＭ方面是相互矛盾的，因此使用ＥＧＲ的同 时一般要同时使用微粒捕捉器ＤＰＦ＿５ Ｊ。基于国Ⅳ 标准，ＥＧＲ系统有ＥＧＲ＋ＤＯＣ＋ＰＯＣ以及ＥＧＲ（＋ ＤＯＣ）＋ＰＤＦ两种选择方案（ＤＯＣ为柴油机氧化催 化转化器，即Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）。 ３．３．２ ＳＣＲ和ＥＧＲ＋ＤＰＦ两种后处理方案的比较 严格的排放标准面前，喷射压力更高的单体泵更有 优势。但由于中国国内制造的汽车零部件企业一 般是在国外发动机技术咨询公司帮助下研制新产 品的，因此在选择合适的电喷系统时，不仅要考虑 性能和排放的要求，在采购和技术路线方面也大多 考虑了国外厂家的宣传和导向。而之前国外汽车 零部件企业在我国大多数只生产高压共轨零部件， 这也导致目前我国国内ｌ０余家重型柴油机厂商中 大多数选择了高压共轨柴油机，而只有大柴、玉柴 目前，欧洲广泛选用ＳＣＲ技术，美国采用ＥＧＲ ＋ＤＯＣ＋ＤＰＦ的技术进行柴油车后处理。表２是两 种后处理方案的比较。 两家选择了电控单体泵柴油机。 表２两种后处理技术的比较 ３０ 第１期 ２０１３拄 ＮＯ．１ 陕西交通职业技术学院学报 ２０１３ 我国柴油车国Ⅳ标准推迟的一个重要原因就 技术选择方面，对于燃油喷射的机内净化技术，单 是燃油品质较低，含硫量较高。当然高品质的燃油 意味着更高的价格，这也在一定程度上抵消了ＳＣＲ 技术新增成本的影响。同时，由于我国的排放法规 体泵更适合；对于排放后处理装置，ＳＣＲ技术更适 合。随着我国对环境保护的日益重视，汽车的排放 控制将越来越严格，国Ⅳ标准也将在一两年后全面 在欧Ｖ阶段以前比国外发达国家落后，因此我国将 有时间完善尿素添加站的建设。尿素添加站的建设 实施。因此，我国的各柴油车制造厂商应该尽快行 动起来，不断完善柴油车的排放控制技术，同时国 家也应当加快各配套设施的建设，如尿素添加站的 和完善不仅有利于ＳＣＲ技术的推广，而且可以催生 一个新产业，提供大量的就业机会。除此之外，ＳＣＲ 建设，使我国赶上世界节能减排的大趋势。 技术还具有以下优势：第一，ＳＣＲ系统能有效节省 燃油消耗。ＳＣＲ系统的燃油消耗相对于ＥＧＲ＋ＤＰＦ 系统稍低一些，它的尿素水溶液消耗量也可在燃油 参考文献 消耗上得到补偿。第二，如果现在采用此技术，在 ［１］ＧＢ １８３５２．３—２００５．轻型汽车污染物排放限值及测量方 很长时间内都可以满足排放法规的要求，直到欧Ｖ 法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）［Ｓ］． 乃至更高排放标准的引进。第三，在ＥＧＲ＋ＤＰＦ系 ［２］高治宏，等．低排放柴油机技术路线的研究和探讨［Ｄ］． 统中，需要增加冷却器的体积，ＳＣＲ系统只需一个 ２００８内燃机排放后处理研讨会论文集，２００８． 附加的贮藏罐，这对于车辆驾驶室的设计影响不 ［３］Ｊｅｆｒｅｙ Ａ．Ｌｅｅｔ，Ｓｔｅｆａｎ Ｓｉｍｅｓｃｕ，ｅｔｅ．Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ２００７ ａｎｄ ２０１０ｈｅａｖｙ—ｄｕｔｙ ｄｉｅｓｅｌ ｅｌｌ￣ｉｎｅ￥．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ２００４—０１ 大。第四，发动机复杂性低。ＳＣＲ系统可以同时满 —０１２４． 足国三和国四标准，可以在部分地区提前引进。因 此综合考虑ＳＣＲ技术更适合应对我国国Ⅳ排放标 ［４］董尧清．中重型车用柴油机欧Ⅳ排放首选ＳＣＲ路线 准。但在尿素添加站建成之前，我们应当限制ＳＣＲ ［Ｎ］．中国电子报，２００６一１０—３（Ｃ０９）． 技术的应用，否则将造成更为严重的污染。 ［５］余乐，聂彦鑫．柴油机颗粒物排放后处理技术［Ｊ］．汽车 工程师，２００９（１０）． ４结论 综上所述，在满足国Ⅳ排放法规的重型柴油机 【上接１７页） （４）使用含有金属部件的光缆，如供抗拉强度 系统造成的危害考虑，分析了高速公路机电系统的 用的加强金属芯、金属挡潮层、防啮齿动物外层或 基本组成、高速公路综合防雷的原则，以及对直接 修理维护时使用的金属通信设施等均应可靠接地， 雷击和感应雷击的防护措施。 应接通光缆沿线的所有接头，再生器等处的挡潮层 （金属层），并在光缆长度每一端的终端进行直接 参考文献 埋地。其标称导通电压Ｕｎ≤１．５ＵＣ、雷电通流量 ［１］ＩＧＢ５００５７—２０１０．建筑物防雷设计规范［Ｓ］．北京：中国 Ｉｎ￣＜５ｋＡ（波形８／２０ｌｘｓ）、响应时间Ｔａ≤５０ｎｓ的 建设出版社，２００８． ＳＰＤ。 ［２］ＧＢ／Ｔ１９６６３—２００５．雷电电磁脉冲的防护［Ｓ］．北京：中 ４结束语 国标准出版社，２００９． ［３］ＧＢ５０１７４—２００８．电子计算机机房设计规范［Ｓ］．北京：中 高速公路的通信、监控、收费与通风照明系统 国建设出版社，２００８． 是一个功能强大的电器、电子系统，简称高速公路 ［４］ＧＢ／Ｔ５０３１１—２００７．建筑与建筑群综合布线系统工程设 机电系统。文章从如何减少雷击对高速公路机电 计规范［Ｓ］．北京：中国建设出版社，２００７． ３１
