重型柴油机达到国IV标准的技术路线比对随着柴油机的不断应用，柴油机的排放问题日益受到关注，各国纷纷提出了 苛刻的排放标准为了限制柴油机的排放，2005年欧洲实施了欧IV排放标准， 美、日、印等国也采取相应标准以进一步降低排放限值按照GB17691的要求, 我国于2010年1月1日起开始实施国IV标准，国IV标准要求在国III限值的基础 上，氮氧化物(NOx)iS-步降低30%,微粒物(PM)降低超过80%, CO、HC及烟 度排放降低也接近30%与汽油机相比，柴油机CO和HC的排放要少得多，但排放的NOx与汽油 机在同一个数量级，而微粒的排放要比汽油机大儿十倍甚至更多，因此，降低 NOx和PM排放是柴油机排放控制的重点由于柴油机PM和NOx的排放具有 “相互异致”的关系，实现重型柴油机从国III到国IV的过渡IT前有三种技术方案: 机前处理、机内净化及排气后处理机前处理主要是改进燃油品质，降低硫含量 等，用以降低PM等的排放；机内净化主要是通过优化燃烧，改善进气以及采用 电控喷射技术等，目的是改善燃烧，减少NOx和PM等的生成排气后处理则 主要是采用各种过滤净化装置或催化转化器，对排气进行处理。
重型柴油机达到 国IV标准的技术路线主要有两条：一条是优化燃烧+SCR路线，另一条是 EGR+DPF路线，如图1所示优化燃烧+SCR技术路线优化燃烧+SCR技术路线首先通过喷射系统优化、喷射定时提前以及增压中 冷等技术优化发动机的燃烧，把微粒物(PM)降到适当的水平，这样会导致NOx 排放的提高；再利用SCR技术，将NOx转化为对环境没有危害的N2和H2Oo 目前该路线主要在欧洲采用，乂称为欧洲路线1. SCR系统组成及工作原理SCR系统主要由SCR催化转化器、电控单元(ECU)、尿素罐、尿素泵(尿素 溶液供给模块)、计量器、喷嘴及各种传感器等组成，如图2所示SCR系统在工作时，首先给空气分配阀通电，输出压力稳定的空气，一路 空气供给喷嘴，雾化尿素水溶液；另一路空气供给尿素泵，控制尿素水溶液回流 量的大小然后尿素泵起动，在计量器的进口处建立具有一定压力的尿素水溶液 待用ECU采集柴油机的转速和转矩信号以及催化器的进口温度信号按照控 制策略需求尿素水溶液流量的控制指令，驱动电路驱动计量器动作，尿素水溶液 与雾化空气混合经喷嘴进入排气管在排气管中尿素水溶液经蒸发、热解以及水 解一系列的物理化学反应后部分或全部分解成氨气(NH3)和水(H2O)并与排气充 分混合，然后进入SCR催化转化器。
在催化剂的催化作用下，NH3与NOx迅速 反应生成N2和H2O,随废气排入大气2. SCR系统降低NOx排放的机理在将NOx转化为N2和H2O的过程中，涉及的化学反应比较多，也比较复 杂，但主要的反应有如下儿个：(1) NH3的生成(NH2)2CO-(NH2)2CO(s)+H2O(g)(l)(NH2)2CO(s)—NH3(g)+NHCO(g)(2)NHCO(g)—NH3(g)+CO2(g) (3)(2) NOx的催化还原4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O (4)2NH3+NO+NO2=2N2+3H2O (5)柴油机排放的氮氧化物中NO含量通常占85%〜95%,网匕在NOx的催化还 原反应中化学方程式(4)是最主要的反应，但是化学方程式(5)的反应优先级比化 学方程式(4)高，废气中的NO2和一部分NO能够通过化学方程式(5)快速地被消 除经过化学方程式(4)和(5)的反应，大部分的NOx被转化为无害的NH3和H2O在SCR系统中，NOx转化的效率与NO2/N的比例、排气温度等有密切关 系有研究表明：当NOx中NO2与NO的比例达到1:1,排气温度在300-400C 时，NOx的转化效率最高。
EGR+DPF技术路线如图3所示，EGR+DPF技术路线首先采用EGR技术降低NOx的排放量， 同时允许PM有一定程度的升高，升高的微粒用DPF捕集，从而达到同时降低 NOx和PM的效果该路线主要在美国使用，故乂称为美国路线1.EGR技术如图3所示，EGR技术降低NOx的基本原理是将部分排气引入进气管，再 循环到燃烧室内，利用废气中的N2等惰性气体延缓反应的进行，同时，利用废 气中比热较高的CO2和H2O等，降低缸内最高燃烧温度，从而减少NOx的生 成再循环废气对新混合气有稀释作用，降低了混合气中02的浓度，破坏了 NOx的生成条件，也可以有效抑制NOx的生成废气混入燃烧室的多少，通过EGR率来表示合理的EGR率对降低NOx 的排放有重要作用有研究表明，大约60%〜70%的NOx是在高负荷时产生的， 此时采用合适的EGR率对于减少NOx的排放是很有效的EGR率为15%时， NOx排放可以减少50%以上；而EGR率为25%时，NOx排放可以减少80%以 上；但是随着EGR率的增加，发动机燃烧速度变慢，燃烧稳定性差，HC排放 和油耗增加虽然EGR对柴油机缸内NOx形成有明显的抑制作用，但同时会增 加排气烟度，需耍采取相应的措施降低排气烟度。
2. DPF技术DPF是减少PM排放的一种废气处理装置，先用收集器过滤废气中的微粒物 质，然后通过对收集的微粒进行氧化来清洁捕集器微粒过滤的机理通常有碰撞 吸附、惯性拦截、扩散拦截、重力沉降等1) 碰撞原理：柴油机排出的尾气流经微粒过滤器时，由于过滤器设计的结 构特点使尾气在过滤器中流动时不断地发生拐弯，这样在拐弯处惯性较大的微粒 脱离流动轨迹，与过滤器单元发生碰撞而吸附或沉积在过滤器单元中2) 拦流原理：柴油机排出的尾气流经微粒过滤器时，发生两种情况：一是 直径大于过滤材料孔径的微粒被截流了下来；二是直径比过滤材料孔径小的微粒 由于相互粘着，聚合成直径较大的微粒被截流了下来3) 扩散原理：柴油机排出的尾气中的微粒由于气体分子的热运动而•做布朗 运动，微粒越小，这种运动越明显，由于布朗运动造成了扩散效应，当尾气流经 过滤器单元时，纤维状的过滤器单元对微粒的运动起到了汇集的作用，造成微粒 浓度梯度，引起微粒的扩散输运，从而可使微粒被捕捉4) 重力沉降原理：当缓慢运动的柴油机排出的尾气流经微粒过滤器时，由 于尾气滞留的时间比较长，较大的微粒可能由于重力作用而脱离原来的流动轨迹 沉积在过滤器单元上。
DPF把微粒从柴油机的排气中过滤出来，沉积在滤芯内，它本身不能清除微 粒而微粒的积聚会增加排气流动阻力，增加柴油机排气背压，影响柴油机的换 气和燃烧，降低功率输出，增加燃油消耗，因此，必须及时清除DPF +积聚的 微粒，解决DPF的再生问题再生的方法有两种：一种是被动再生，通过在燃 油中加入添加剂或在过滤材料表面涂催化层来降低PM的燃点，使PM能在较低 的温度下燃烧掉；另一种是主动再生，利用外界能量来提高DPF内的温度，以 达到PM的燃点，使PM着火燃烧技术路线综合对比分析LSCR技术路线的优缺点(1)优点提高发动机的燃油经济性SCR技术路线通过优化燃烧规律，可以使发动 机的油耗降低5%〜10%,同时，尿素还原剂的价格比较低廉，大概是柴油价格的 一半，扣除尿素溶液的费用后，SCR技术方案可使整车经济性提高3%~5%SCR技术适用的排气温度范围较广在230C~500C的温度范围内，NOx 的转化效率可以达到40%〜85%,而实际车辆的排温变化基本上处于这一范围内， 可以获得较高的NOx转化率催化器对燃油中硫不敏感戴姆勒•克莱斯勒公司研究认为含硫量350ppm 以下的欧III燃油都可以满足国IV要求，因此SCR系统在燃油质量差的国家和地 区也可以使用。
在柴油机上应用SCR技术不需要改变柴油机的内部结构，只需在排气管中 安装SCR催化器，其它SCR系统元器件可以根据现场空间安装在发动机的周围， 故SCR系统安装简单，可以满足国IV以及以上标准的柴油机系统要求2)缺点建立完善的尿素溶液供应站需要花费很长一段时间SCR系统的初装成本较高(大约是新车成本的3%〜5%),操作和保养费用高 为了防止氨泄漏造成的二次污染，对SCR系统的封装要求比较高SCR系统中的催化剂在高温时容易老化，造成氨泄漏增加，催化剂的高温 稳定性有待于进一步提高增加了车辆的额外载荷使用SCR后车辆不但要增加SCR本身装置的重量 约150~300kg,还要增加一个尿素溶液箱和尿素溶液按100L尿素溶液跑7000km 计算，一辆汽车损失的有效载荷在400kg左右2. EGR+DPF技术路线分析(DEGR+DPF技术路线的优点EGR+DPF技术路线不需要尿素溶液供应，以EGR为基础的后处理技术对 社会基础设施建设的依赖程度较低EGR+DPF系统成本较低，与SCR系统装置相比，质量还减轻了许多2)EGR+DPF技术路线的缺点DPF系统中的催化剂对硫很敏感，很容易造成催化剂的硫中毒，因此在使用 这种系统时，必须保证燃油质量不低于欧IV标准，要求含硫量低于50ppm。
然而 我国大部分地区的燃油硫含量为500〜200()ppm,要想大面积的采用DPF,必须 使用低硫燃油而我国要在短期内实现批量生产国IV油，无论从设备上，还是工 艺上都还不太成熟，国IV油开发成本较高，这个成木初期由石化企业承担，但是 最终会转嫁到社会微粒捕集器需要持续再生若沉积在过滤器上的微粒物不及时清除，过滤器 就会被阻塞，引起发动机背压升高，油耗恶化虽然微粒捕集器实现再生的方式 有很多，但是所有的这些措施将会不同程度的导致燃油消耗量的增加采用以EGR为基础的后处理技术对发动机改动比较大以EGR为基础的后 处理技术，首先需要对原有的发动机进行撮化，因为燃烧最高爆发压力超过 180bar,所以需要对原有的发动机进行强化，增加机械强度、提高喷油压力和中 冷能力，采用EGR技术后，EGR和增压系统的一些参数也要发生变化EGR系统和内部冷却系统都需要安装在发动机上，这就引发了发动机的体 积问题EGR冷却系统和散热器必须比普通的同类装置大得多，甚至大于SCR 系统中的尿素罐的尺寸，这对于整车布置还存在不小的困难与EGR+DPF技术路线相比，采用SCR技术路线的国IV柴油机有更好的燃 油经济性，我国石油资源比较匮•乏，部分石油需要从国外进口，SCR系统的节 能优势有利于推进SCR技术路线的实施；我国燃油脱硫技术还不太成熟，在短 时间内提供达到国IV标准(50ppm)的低硫燃油还不太现实，这严重制约着 EGR+DPF技术路线的实施，而尿素溶液相对来说获取比较容易，且成本比较低, 这会促进SCR技术路线在我国的实施，同时也为我国燃油品质提高争取了时间。
综合各方面因素，在目前一段时间内，SCR技术路线还是比较适合我国国情的 技术路线国内儿大重型柴油机生产企业儿乎都采用了 SCR技术路线，例如玉 柴、潍柴、上柴、锡柴等，一部分柴油机机型已经安装在部分公交车以及客车上, 并在北京等地示范运营为了保证SCR技术路线的顺利实施，建议采取以下措施：建立完善的尿素溶液供应系统，保证尿素的正常供应我们可以借鉴欧美的 成功经验，例如，在服务区、车辆维修站、加油站以及汽车专卖店等地点供应尿 素还原剂；可以利用便携式的尿素罐来供给尿素（常见如5L、10L和18L）；也可 以设置和加注燃料一样的尿素泵，供给尿素；对于卡车车队或者公交公司等，可 以在本单位内部设置中小型的散装容器，储存尿素以备使用制定完善的尿素溶液标准目前SCR系统中使用的尿素水溶液尿素含量为 32.5%,在这一个浓度下，尿素水溶液具有最低的凝结温度约.11C德国早在 2003年8月就提出了 SCR尿素水溶液的工业标准，我国也应该制定尿素溶液相 关标准，以规范尿素溶液的制造与使用完善国家排放法规，加大执法力度，要求国IV车。