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當(dāng)國III排放標(biāo)準(zhǔn)的爭議喧囂還在進(jìn)行之際，國IV、國V標(biāo)準(zhǔn)也漸漸進(jìn)入了人們的視野，對企業(yè)而言，只有選擇了正確合理的技術(shù)路線，才有機(jī)會把握未來的市場主動權(quán)。
為了保護(hù)環(huán)境，世界各國相繼出臺了控制機(jī)動車尾氣排放的法規(guī)。對于重型柴油機(jī)，為了應(yīng)對日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，單純的機(jī)內(nèi)凈化已很難滿足要求；更多地是將其 與機(jī)外凈化（后處理）措施相結(jié)合。在中國，隨著國Ⅲ法規(guī)的實(shí)施，國Ⅳ甚至國Ⅴ也漸行漸近，對企業(yè)而言，在省油時代，選擇合適的后處理技術(shù)路線已迫在眉睫。
國內(nèi)外排放法規(guī)及應(yīng)對方案
無論是歐洲還是美國，對于未來即將實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)，都主要針對NOx和PM排放采取了更為嚴(yán)格的限制。在中國，重型柴油車國Ⅲ/國Ⅳ/國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)已于 2006年發(fā)布，技術(shù)內(nèi)容等效于歐洲相應(yīng)技術(shù)法規(guī)。預(yù)計(jì)在中國實(shí)施時間分別是2008年、2010年和2012年，北京市在2008年已經(jīng)開始執(zhí)行國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。
為了既滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，又降低柴油機(jī)的油耗，通常需要考慮以下三個方面：
1．提升燃油品質(zhì)
包括降低柴油中的硫含量、膠質(zhì)含量，控制多環(huán)芳烴含量、十六烷值，提高潤滑性能、添加劑的使用等。
2．柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化
機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)包括電控高壓燃油噴射技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)、多氣門技術(shù)、可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)、可變壓縮比技術(shù)、均質(zhì)混合壓燃技術(shù)（HCCI）以及優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)和參數(shù)的相關(guān)技術(shù)等。
圖2 EGR+DOC+DPF系統(tǒng)原理圖
3．柴油機(jī)機(jī)外凈化
在幾近苛刻的歐Ⅳ/國Ⅴ排放法規(guī)面前，僅依靠以上的技術(shù)還是不夠的，必須綜合使用排氣后處理技術(shù)來控制排放。國際上，絕大部分發(fā)動機(jī)制造商都是在改進(jìn)歐Ⅲ發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，再加上SCR或EGR+DOC+DPF等后處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。
后處理技術(shù)路線
1.選擇性催化還原SCR
SCR系統(tǒng)是通過機(jī)內(nèi)凈化降低PM排放，然后利用SCR系統(tǒng)降低NOx排放，從而滿足國Ⅳ乃至國Ⅴ排放法規(guī)對于PM和NOx的限制?；竟ぷ髟砜蓞⒁妶D1。
2.廢氣再循環(huán)EGR
對于EGR系統(tǒng)，通過EGR將NOx排放降低到標(biāo)準(zhǔn)要求以下，通過DOC（氧化催化劑）或者DOC+DPF（顆粒物過濾器）將TPM（總顆粒物）排放降低到滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求?；竟ぷ髟砜蓞⒁妶D2。
EGR系統(tǒng)有以下幾種形式：
（1）EGR+DOC：通過EGR降低NOx排放，同時大幅提高噴油壓力并增加DOC以降低TPM排放。斯堪尼亞在EGR基礎(chǔ)上，將噴油壓力增加到220MPa以上，再加上DOC，實(shí)現(xiàn)了歐Ⅳ排放。
圖3 主動再生DPF和被動再生DPF工作原理示意圖
（2）EGR+DOC+DPF：根據(jù)過濾器再生方式不同，又分為主動再生型和被動再生型，參見圖3。
①主動再生型：通過發(fā)動機(jī)缸內(nèi)后噴燃油或者在排氣管中噴入燃油，燃油在DOC內(nèi)燃燒提供DPF再生所需要的高溫，從而達(dá)到減少DPF內(nèi)顆粒物的目的。目前，歐美都以主動再生技術(shù)為主。
②被動再生型：廢氣中的NO在DOC內(nèi)反應(yīng)生成NO2，NOs與碳粒反應(yīng)達(dá)到被動再生的目的。該技術(shù)曾被廣泛使用于歐美在用車改造；但是，由于被動再生需 要低硫燃油，同時還受到發(fā)動機(jī)工況、負(fù)載以及排溫的影響，所以在安裝被動再生系統(tǒng)之前一定要保證能夠提供再生所需要的條件。目前，歐美國家單純地采用被動 再生技術(shù)已經(jīng)越來越少。另外，也有制造商使用EGR+DOC+POC（流通式顆粒捕集器）系統(tǒng)作為一種過渡技術(shù)達(dá)到歐Ⅳ排放。該系統(tǒng)需要與被動再生DPF 相同的工作條件。
不同技術(shù)路線之比較分析
表對可實(shí)現(xiàn)國Ⅳ/國Ⅴ排放性能的兩大主流技術(shù)SCR和EGR+DOC+DPF技術(shù)，從發(fā)動機(jī)本身、后處理系統(tǒng)、對燃油和機(jī)油的要求以及經(jīng)濟(jì)性能等四個主要性能進(jìn)行了比較。
通過比較，我們不難得到如下結(jié)論：
1. SCR系統(tǒng)
對發(fā)動機(jī)本體改動小，發(fā)動機(jī)耐久性好，燃油經(jīng)濟(jì)性好，對燃油油品和機(jī)油品質(zhì)要求較低，沒有催化器堵塞的風(fēng)險，技術(shù)升級連續(xù)性較好，不需要噴油再生控制裝置 （相對主動再生DPF），對發(fā)動機(jī)的使用和維修保養(yǎng)費(fèi)用較低。但是，SCR系統(tǒng)需要增加尿素噴射系統(tǒng)，對封裝的要求也比較高。SCR系統(tǒng)需要解決的是尿素 供應(yīng)的問題。
2. EGR+DOC+DPF系統(tǒng)
對于被動再生系統(tǒng)而言，油耗偏高，需要增加EGR及其冷卻系統(tǒng)，需要超低硫含量的燃油以及高品質(zhì)潤滑油，對發(fā)動機(jī)本身及后處理的維護(hù)保養(yǎng)要求較高，否則會影響發(fā)動機(jī)壽命并可能造成催化器堵塞風(fēng)險，技術(shù)連續(xù)升級性較差。不過，被動再生系統(tǒng)不需要增加尿素噴射系統(tǒng)，對封裝的要求也較低。對于主動再生系統(tǒng)而言， 除了要滿足上述被動再生系統(tǒng)的要求之外，還需要增加噴油再生裝置并做更復(fù)雜的標(biāo)定，增加了開發(fā)成本以及標(biāo)定難度。 EGR+DOC+DPF系統(tǒng)的主要問題是如何解決全國范圍內(nèi)低硫柴油的供應(yīng)和更復(fù)雜的系統(tǒng)標(biāo)定問題。
國外技術(shù)選擇及執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)
從國外的實(shí)際情況來看：在歐洲，大部分國家選擇SCR作為主流的技術(shù)路線；在美國，則主要選擇EGR+DOC+DPF技術(shù)路線。
歐洲的大部分廠商之所以選擇SCR技術(shù)來滿足歐Ⅳ/歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，主要是出于成本因素，歐洲的燃油價格很高，SCR技術(shù)較好的燃油經(jīng)濟(jì)使該技術(shù)成為首選。 當(dāng)然，在有些地方仍然需要采用EGR+DOC+DPF技術(shù)，因?yàn)槟承┑胤饺匀灰?guī)定未加裝顆粒過濾器的車輛不得進(jìn)入市區(qū)。
而目前美國主要采用主動再生EGR+DOC+DPF技術(shù)來滿足US2007排放法規(guī)。原因在于，美國的燃油價格比較低，尿素供應(yīng)系統(tǒng)及其相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 尚未健全；同時，US2007HDD標(biāo)準(zhǔn)提出了新車240 000 km無維修的要求，這也在一定程度上阻止了SCR技術(shù)在美國的應(yīng)用，因?yàn)槭褂肧CR技術(shù)約每5 000km，就要添加一次尿素。因此如要采用SCR技術(shù)，需要申請?zhí)貏e許可。不過，最近美國EPA發(fā)布了認(rèn)證SCR技術(shù)的輕型和重型柴油車申請排放證書程 序（EPA-HQ-OAR-2006-0886-0002），表明美國市場也開始使用SCR技術(shù)。
對于要求更高的歐Ⅵ以及美國EPA2010排放標(biāo)準(zhǔn)，單純的靠SCR或者EGR+DOC+DPF技術(shù)都很難達(dá)到要求，必須把兩者相結(jié)合才能滿足要求。最 近，戴姆勒宣布其Blue Tec系統(tǒng)將采用SCR技術(shù)以滿足美國EPA2010標(biāo)準(zhǔn)；而康明斯近日也宣布在其中型柴油機(jī)上使用SCR技術(shù)以滿足EPA2010。
尚待解決的幾個問題
對于低硫柴油的供應(yīng)，政府須起到督促和促進(jìn)的作用。歐洲計(jì)劃將從2009年起在歐洲全面使用無硫柴油（硫含量低于10ppm），實(shí)施時間比原計(jì)劃提早了兩年。美國環(huán)境保護(hù)署規(guī)定從2007年開始，硫含量必須低于15ppm。而我國歐Ⅳ的柴油標(biāo)準(zhǔn)還待盡快出臺。
尿素供應(yīng)可以參考國外的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，比如在歐洲是由尿素生產(chǎn)商、車輛制造商、石油公司甚至一些物流公 司共同來負(fù)責(zé)。目前，在整個歐洲已有6 000多個尿素供應(yīng)點(diǎn)。比如，在服務(wù)區(qū)、車輛維修站、加油站以及汽車專賣店等地點(diǎn)供應(yīng)尿素還原劑?？衫帽銛y式的尿素罐來供給尿素（常見如5L、10L和 18L）；也可以設(shè)置和加注燃料一樣的尿素泵，供給尿素。對于卡車車隊(duì)或者公交公司等，可以在本單位內(nèi)部設(shè)置中小型的散裝容器，儲存尿素以備使用。可供選 擇的有中型散裝容器以及小型散裝容器。
在美國，尿素供應(yīng)制度主要責(zé)任在供應(yīng)商，有以下幾種方式：
1.汽車分銷商供應(yīng)尿素還原劑
可由汽車制造商負(fù)責(zé)向其分銷商提供足夠用的尿素還原劑，當(dāng)其汽車客戶需要添加尿素時，可在其汽車分銷商處購得。
2.卡車服務(wù)站供應(yīng)尿素還原劑
卡車制造商應(yīng)負(fù)責(zé)在卡車服務(wù)站或其他公用加油站有足夠的尿素供應(yīng)，以滿足卡車尿素添加的需要。
3.應(yīng)急計(jì)劃
汽車制造商應(yīng)負(fù)責(zé)建立尿素供應(yīng)應(yīng)急計(jì)劃，比如開通全天24h服務(wù)熱線，當(dāng)用戶需要添加尿素而無法在汽車分銷商或其他可及地點(diǎn)得到時，可以撥打該電話。
國Ⅳ/國Ⅴ技術(shù)路線的選擇
在中國，為了滿足國Ⅳ/國V排放法規(guī)，需要找到一條既經(jīng)濟(jì)又可行的適合中國國情的后處理技術(shù)路線。我國在技術(shù)路線選擇時需要考慮以下幾方面問題：一、國Ⅲ發(fā)動機(jī)及其國Ⅳ、國Ⅴ升級，我們還有很長的路要走。二、國Ⅳ及國Ⅴ發(fā)動機(jī)，不僅要配備電控高壓共軌系統(tǒng)，還要配備排氣后處理系統(tǒng)以及OBD系統(tǒng)。目前，相 應(yīng)技術(shù)和產(chǎn)品在中國還處于起步階段，成本較高。隨著國Ⅳ排放的普及，相應(yīng)的產(chǎn)品批量供貨之后，預(yù)計(jì)成本方面的壓力會有所減輕。三、國Ⅳ法規(guī)的實(shí)際執(zhí)行存在 管理難度，此外還有國Ⅳ車輛的生產(chǎn)一致性以及在用車符合性監(jiān)管，尿素的使用以及低硫柴油的供應(yīng)等問題。
SCR系統(tǒng)和EGR+DOC+DPF系統(tǒng)比較
從北京奧運(yùn)會期間國Ⅳ實(shí)施的實(shí)際情況來看，北京成功運(yùn)行了約4 500輛采用SCR技術(shù)的公交柴油車，由公交公司負(fù)責(zé)尿素供給。沈陽、杭州、廣州等其他城市也在試驗(yàn)這種車輛。
玉柴對配置YC6L (177kW) 發(fā)動機(jī)的公交車運(yùn)行在城區(qū)和城郊工況下的節(jié)能、減排效果進(jìn)行了測試。初步測試結(jié)果顯示：一、使用國Ⅳ發(fā)動機(jī)相對國Ⅲ同型號發(fā)動機(jī)，油耗下降3 060t/（年千臺），NOx排放下降720（城區(qū)）～840（城郊）t/（年千臺），PM排放下降3.6t/（年千臺）；二、使用國Ⅴ發(fā)動機(jī)相對國Ⅲ同 型號發(fā)動機(jī)，油耗下降3060t/（年千臺），NOx排放下降780（城區(qū)）～964（城郊）t/（年千臺），PM排放下降3.6t/（年千臺）；三、春 秋季節(jié)尿素消耗量在2.1～2.8 L/100km，夏季消耗量在2.5～3 L/100km。按每輛公交年行駛30 000km計(jì)算，單車年消耗尿素720L。
從國外的實(shí)際情況看，無論是選取SCR還是EGR+DOC+DPF的路線，都是成熟技術(shù)，都是可行的方案。但是考慮到中國的國情，對于我國的國Ⅳ/國Ⅴ排放的技術(shù)路線，筆者有以下建議：
1.首先考慮SCR技術(shù)路線
綜合考慮各種因素，采用SCR技術(shù)應(yīng)該是符合中國國情的首要之選。主要是因?yàn)椋?/span>
（1）采用SCR技術(shù)的國Ⅳ/國Ⅴ發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性好。
（2）SCR技術(shù)對發(fā)動機(jī)改動小。
（3）SCR國Ⅳ/國Ⅴ發(fā)動機(jī)對燃油和機(jī)油要求較低。
（4）SCR在技術(shù)升級連續(xù)性上具有優(yōu)勢。
（5）SCR催化器耐久性好，且不存在催化器堵塞的風(fēng)險。
（6）我國具備在全國范圍內(nèi)建設(shè)尿素基礎(chǔ)設(shè)施的條件。
2.其次考慮EGR技術(shù)路線
因?yàn)橹鲃釉偕鶨GR+DOC+DPF技術(shù)TPM轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國IV法規(guī)限值的要求，而主動再生標(biāo)定技術(shù)非常復(fù)雜，發(fā)動機(jī)開發(fā)周期較長，成本也較大，所以國IV階段可暫不考慮。
而作為過渡階段的被動再生EGR+DOC+POC技術(shù)，因?yàn)楸粍釉偕艿皆S多發(fā)動機(jī)使用工況的限制，往往需要低硫柴油相配合（不大于50ppm），可在油 品質(zhì)量得到保證，車輛使用工況能夠滿足再生要求的情況下使用。但需要有效的監(jiān)控管理策略，以防止在實(shí)際使用中，因過濾器沒有及時再生而失效，導(dǎo)致尾氣 TPM排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國IV標(biāo)準(zhǔn)，不妨將此當(dāng)作一種備選方案。
考慮目前中國的油品質(zhì)量狀況，如果發(fā)動機(jī)廠能夠提升發(fā)動機(jī)本身的技術(shù)，通過更先進(jìn)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)得到更好的發(fā)動機(jī)原始排放，再通過EGR+DOC技術(shù)輔助減少較小比例的TPM，則該技術(shù)無疑也是一個適應(yīng)中國地域?qū)拸V，使用環(huán)境多樣化的不錯技術(shù)。
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