重型车用柴油机欧Ⅵ排放法规浅析
重型柴油机国六排放标准
重型柴油机国六排放标准
国六排放标准对于重型柴油机的要求
国六排放标准是我国针对汽车尾气排放设置的最新标准，也被应用到了重型柴油机领域。
该标准旨在减少重型柴油车辆尾气中的有害物质排放，保护环境和人民的健康。
根据国六排放标准，重型柴油机需要在多个方面进行改进。
首先，针对排放物质的种类，国六标准对氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）等污染物设置了更严格的限制。
这意味着重型柴油机需要采用更先进的排放控制技术，如尿素选择性催化还原（SCR）系统和颗粒物捕集器（DPF），以降低有害气体的排放。
其次，国六排放标准对于重型柴油机的控制方式也提出了新的要求。
传统的机械控制系统正在逐渐被电子控制系统取代，以提高发动机的精确控制性能。
这样，重型柴油机可以更加高效地运行，并在不同工况下维持良好的排放性能。
此外，国六标准还要求重型柴油机进行OBD（故障诊断）系统的安装。
OBD 系统能够监测发动机和排放控制系统的工作状态，并在出现故障时提供警告信息，以便及时修复和维护。
这有助于确保重型柴油机的排放性能始终处于最佳状态。
总体而言，国六排放标准对重型柴油机提出了更高的要求，迫使相关厂商进行技术创新和升级。
在保护环境和人类健康方面起到了积极的作用。
未来，我们可以期待看到更多符合国六排放标准的重型柴油机投入市场，为我们的城市带来更清洁的空气。
解析重型汽车、发动机污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）标准
解析重型汽车、发动机污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、
Ⅳ、Ⅴ阶段）标准
解析重型汽车、发动机污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段)标准
为了严格控制汽车污染物CO、HC、NOx和PM等的排放,我国于2001年4月16日起实施相当于欧Ⅰ、欧Ⅱ法规的GB 17691-2001<车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法>(简称旧标准),今年4月,我国又发布了相当于欧Ⅲ、欧Ⅳ法规的GB 17691-2005<车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段)>(简称新标准),标志着我国汽车污染物排放控制达到了更高水平.
作者：车胜新 Che Shengxin 作者单位：淄博汽车制造厂刊名：机械工业标准化与质量英文刊名：MACHINERY INDUSTRY STANDARDIZATION & QUALITY 年，卷(期)：2005 ""(12) 分类号：F4 关键词：。
浅析重型发动机排放测试标准
重型发动机一般安装在商用车上和城市大 客 车 上 ，这 种 车 辆 由 于 外 形 尺 寸 较 大 ，不 能 在 试 验室转鼓上进行排放测试 ， 采用在发动机台架上 进行排放试验 。 ＧＢ１７６９１－２００５ 《 车用压燃式发动 机 、 气体燃料点燃式发动机与汽车排放污染物排 放限值及测量方法》 规定了装用压燃式发动机汽 车及其压燃式发动机所排放的气态和颗粒污染 物的排放限值及测量方法； 以及装用以天然气 （ ＮＧ） 或液化石油气 （ ＬＰＧ） 作为燃料的点燃 式 发 动机汽车及其点燃式发动机所排放的气态污染 物的排放限值及测量方法 。 该标准修订采用欧盟 （ ＥＵ） 指令 ８８／７７／ＥＥＣ 修订而成 。
··························································
（ 上接第 ３１ 页） 驱动轮的转速不同时 ， 通过滑转率的不同而进行 调节 ， 实现电子差速的自调节功能 ； 在高速区 ， 由 于 工 作 在 限 流 状 态 ，驱 动 转 矩 基 本 相 同 ，实 现 了 电子差速的自调节功能 。 参考文献
于 重 型 发 动 机 的 测 试 方 法 与 ＧＢ１７６９１－２００１ 的 不 同 之 处 ， 并 阐 述 了 ＥＳＣ 、 ＥＬＲ 和 ＥＴＣ 的 测 试 方 法 以 及 测 试 试 验 设 备 。
关键词 ：ＧＢ１７６９１－２００５ ； 重型发动机 ；ＥＳＣ ；ＥＬＲ ；ＥＴＣ
中 图 分 类 号 ： Ｕ４６７．４＋９９：Ｕ４６４．１７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
·浅 析 重 型 发 动 机 排 放 测 试 标 准· 文 章 编 号 ： 1002-4581 （ 2008） 05-0035-03
浅析重型发动机排放测试标准
重型柴油机的排放控制技术
重型柴油机的排放控制技术摘要随着排放法规的日益严格，传统的柴油机技术已经无法满足要求。
因此，各种新的技术被开发出来。
本文立足于国内外的研究现状，从新的燃烧方式、对燃料的选择、改善缸内混合气的燃烧和对排气进行后处理几个角度出发，对当前大功率柴油机的排放控制技术进行了分析和总结。
从而提出满足欧5或欧6排放标准的的技术途径。
1 柴油机低温燃烧方式低温燃烧技术（LTC）是能够有效减少柴油机内有害排放物的重要技术途径之一。
低温燃烧技术可以同时降低NOx和碳烟排放。
研究表明，在低当量比情况下，如果局部燃烧温度在2200K以上，NOx会大量生成；在当量比较高的情况下，为了避开碳烟的主要生成区域，最高燃烧温度则需要进一步降低。
如果燃烧温度可以保持在低于1650K的水平，无论当量比如何，燃烧都可以完全避开NOx和碳烟的主要生成区域[1]，这种燃烧模式便是低温燃烧。
与传统直喷式柴油机的燃烧相比，低温燃烧模式通常增加燃烧前的油气混合，或者采用大量的排气再循环(EGR)。
由空气或EGR稀释后的混合气使燃烧温度降低，从而减少NOx 的生成。
均质混合气的形成减少了局部过浓的区域，从而减少了碳烟的生成。
同时，稀薄的混合气也有利于抑制碳烟的生成。
均质压燃（HCCI）技术是最主要的低温燃烧技术之一。
由于柴油机的燃烧特点是非均质燃烧，混合气的形成时间很短，而且是一边混合一边燃烧。
这就使得气缸内各个区域的过量空气系数差别很大，有的地方是富氧燃烧，有的区域是缺氧燃烧。
造成了柴油机的NOx和CO排放量都很高。
而汽油机是预混燃烧方式，即在燃烧前已经是均质混合气，所以汽油机只要严格控制空燃比就可以控制NOx，CH和CO的量，再用三效催化转化器，就可以把排放控制在要求的范围之内。
为了改善柴油机的缸内燃烧，参考汽油机的混合气形成方式，也可以想办法在柴油机上实现均质混合气压燃的技术，于是引入了HCCI的概念。
HCCI （Homogeneous charge compression ignition )即均质压燃技术。
满足国六排放法规的重型车用柴油机开发
满足国六排放法规的重型车用柴油机开发凌建群 熊津联(上海柴油机股份有限公司,上海 200438)摘要:介绍1款在现有无废气再循环(E G R )系统且满足国五排放法规的柴油机基础上进行升级,以满足国六排放法规的柴油机㊂达到国六排放法规的首选柴油机技术路线是采用E G R 系统和具有高转换效率的集成式后处理系统㊂开发结果表明,采用E G R 系统可以显著降低柴油机氮氧化物(N O x )原始排放,但同时会增加颗粒物(P M )排放㊂采用高压喷射可以明显改善发动机P M 排放,通过进气节流可明显提高柴油机小负荷时的排气温度,确保柴油机选择性催化还原(S C R )系统的高效运行,并有效降低N O x 尾管排放㊂此外,采用柴油机颗粒捕集器(D P F )是目前降低柴油机P M 尾管排放最有效的措施㊂关键词:国六排放;废气再循环;原始排放0 前言据中国汽车工业协会数据显示,2014年至今,国内重型商用柴油车每年销量都超过100万辆,其中2019年全年重型商用柴油车销量达117多万辆㊂相对而言,重型柴油车排放是大气中氮氧化物(N O x )和颗粒物(P M )的主要来源之一㊂受商用柴油车产销情况继续保持良好态势的影响,我国大气污染的防治形势越来越严峻,开发设计排放更低的柴油机势在必行㊂与现行国五排放标准相比,在国六排放标准下的重型柴油机的N O x 限值降低了77%,P M 限值降低了67%(图1)㊂现今,政府部门逐渐认识到对人体有害的颗粒物主要是可吸入颗粒物直径在10μm 以下的颗粒物P M 10㊂国六排放标准新增了颗粒数(P N )限值,对柴油机的颗粒物排放有了更准确的控制方向㊂因此,为了满足国六排放标准,柴油机生产企业必须选择目前降低颗粒物排放的最优技术,即颗粒捕集器(D P F ),同时采取降低N O x 排放的最佳手段,即选择性催化还原(S C R )系统㊂1 重型车用柴油机国六排放技术措施1.1 冷却E G R 技术柴油机燃烧后排出的气体中氧含量极低,排气中的C O 2可以增加混合气体的比热容值,因此E G R 可降低氧浓度和最高燃烧温度,可以显著减少柴油机燃图1 重型柴油机国五和国六排放限值的差异对比烧过程中N O x 的产生㊂E G R 可以分为内部和外部2种类型㊂内部E G R 通过合理的设计配气机构以便增加缸内残余废气,一般不带冷却系统㊂外部E G R 有2种实现方案:将涡轮入口废气引到中冷器出口称为 高压回路E G R ;将涡轮的出口废气引到压气机进口称为 低压回路E G R ㊂大量的研究试验结果证明,将再循环废气加以冷却,即采用冷却E G R 降低最高燃烧温度,可以提高降低N O x 排放的效果[1-3]㊂为了满足在更大运行工况范围内的N O x 限值排放,以及更为严苛的燃油耗目标,国内外部分满足国六排放法规的柴油机采用了高低压混合式E G R 系统㊂图2所示为1款满足国六排放标准的柴油机高低压混合式E G R 系统示意图㊂1.2 燃油系统虽然采用E G R 系统可以降低N O x 排放,但会使新鲜空气的进气量减少,从而引起燃油消耗率和P M04 2020年第4期All Rights Reserved.图2 满足国六排放标准的柴油机高低压混合式E G R 系统示意图排放的升高㊂为了解决这一问题,需对燃油系统进行升级㊂近年来,对于柴油共轨燃油系统的研发重点一直集中于改善机械效率和能力,以求获得更高的喷油压力和更好的喷油率㊂提高喷射压力可降低燃油喷雾粒径,改善燃油的雾化特性㊂新鲜空气可以比较活跃地引入燃油喷雾束内部,有助于在气缸中形成均匀的混合气,减小局部过浓的混合气比例,从而降低碳烟并减少P M 排放㊂图3显示出了柴油机燃油喷射压力和P M 排放的关系㊂关于燃油喷射对燃烧过程和柴油机性能排放影响的课题,国内外很多专家学者进行了广泛的理论分析和大量的试验研究[4-6]㊂研究结果表明,导喷可以提高缸内压力和温度,促进油气混合,降低P M 排放;预喷可以缩短滞燃期,减小在预混合燃烧阶段的放热率,降低燃烧温度进而减少N O x 排放;后喷是紧靠主喷之后的喷油,能促进扩散燃烧的进行,可以降低主喷中产生的P M 排放;远后喷是主喷结束之后较长间隔的喷油,一般发生在上止点后140ʎC A 的排气行程,排出的碳氢(H C )在氧化催化器(D O C )中经过氧化放热后可以提高D P F 的入口温度,保证D P F 能够再生㊂各次燃油喷射的作用说明如表1所示㊂1.3 排气热管理控制技术由于国六排放标准加大了对低速㊁低负荷工作区域的排放控制要求,此区域的排气温度通常比较低,需要进行特殊的热管理控制,才能提高后处理系统的温图3 燃油喷射压力和碳烟排放度,以使其在各种行驶工况下都能高效工作,并减少污染物排放㊂一般而言,先采用进气节流㊁推迟主喷正时等措施提高涡轮出口温度,实现D O C 起燃,然后再通过D O C 将缸内远后喷或者尾管喷入的柴油氧化并放热,提高排气温度,以实现D P F 再生㊂因此,热管理控制技术成为满足国六排放法规的关键技术,是实现高效S C R 和D P F 再生的基础㊂表1 各次燃油喷射的作用说明项目效果导喷促进油气混合,降低P M 排放预喷缩短滞燃期,降低N O x 排放和燃烧噪声后喷促进扩散燃烧,降低P M 排放远后喷排出的H C 在D O C 氧化放热提高D P F 入口温度,确保D P F 再生1.4 合理集成和匹配后处理装置仅靠柴油机内部净化措施是无法满足国六排放限值的,所以必须合理集成和匹配D O C ㊁S C R 和D P F 等系统,从而降低N O x ㊁P M 和P N 排放㊂D O C 系统以铂㊁钯等贵金属作为催化剂而涂覆在部件表面,可以将排气中的C O ㊁H C 及P M 中部分可溶有机物氧化成水和C O 2,从而达到降低发动机污染物排放的目的㊂D O C 的另一作用是将排气中的N O 氧化成N O 2,N O 2是D P F 被动连续再生和S C R 高转化效率所需的重要反应物㊂D O C 还有1个功能是将后喷或尾管喷射系统(H C I )喷射出的H C 氧化并放热,以提高D P F 入口温度,实现D P F 的主动再生㊂D P F 主要组成部分为D P F 载体,一般由多孔介质材料制成,包含若干个沿轴向的平行通道,为非直通结构㊂柴油机排气中的颗粒物主要成分为碳烟㊂排气由入口进入通道,通过介质孔壁进入相邻的出口通道,其中的碳烟颗粒则通过大颗粒拦截㊁重颗粒惯性碰撞㊁小颗粒扩散等方式,被过14 2020年第4期All Rights Reserved.滤堆积在通道中㊂D P F 也将铂㊁钯等贵金属作为催化剂,其主要作用是降低再生反应所需的温度㊂尿素S C R系统通过将浓度为32.5%的尿素水溶液喷入210ħ以上的尾气中,在炙热的尾气作用下,由尿素转化的氨气在催化剂的作用下将N O x 还原成N 2和水,从而降低N O x 排放㊂国六排放法规大幅收紧了N O x 及PM 排放限值,对柴油机本体及后处理技术要求越来越高,现今主流的排放控制技术如图4所示,并涌现了诸如高效S C R(H i S C R )㊁氨气捕捉器(A S C )㊁高压共轨(C R S )等最新技术㊂图4 国六排放法规下的柴油机主流技术路线2 排放台架的开发以S C 4H 180Q 6型柴油机的性能排放开发为例,在现有的S C 4H 180Q 5型柴油机基础上,采用冷气E G R 技术作为降低发动机本体N O x 排放的最有效措施,有效的节气门热管理手段,并将最大喷射压力提升至200M P a ,以便降低E G R 系统带来的高P M 排放,同时进行增压器㊁喷油嘴㊁燃烧室的燃烧开发和D O C ㊁D P F ㊁S C R 等系统的集成匹配,使S C 4H 180Q 6型柴油机满足G B17691 2018排放法规限值要求㊂满足国六排放法规柴油机系统配置如图5所示,具体技术参数如表2所示㊂2.1 燃烧开发柴油机的燃烧开发可以分为3个部分:(1)基于热力学分析计算给出油嘴㊁燃烧室㊁增压器㊁涡流比等性能部件选型矩阵;(2)在台架上进行选型试验,锁定性能件规格;(3)通过试验设计(D O E )的方法标定喷射压力㊁喷油正时㊁多次喷射的油量和间隔㊁E G R 率等迈谱图,进而完成柴油机的燃烧开发㊂图5 满足国六排放法规的柴油机系统配置表2 试验发动机的主要参数项目参数型式直列4缸㊁四行程㊁增压中冷供油形式高压共轨气缸数4单缸气门数4缸径/m m105行程/m m 124总排量/L 4.3压缩比17.8ʃ0.2额定功率/k W132额定功率转速/(r ㊃m i n-1)2500 为了避免相互干扰,每个零部件的优化选型都是基于保持其余零部件相同的条件下进行的㊂4H Q 6柴油机硬件选型方案如表3所示㊂表3 性能零件选型矩阵方案项目参数喷油器孔数9喷油器锥角/(ʎ)150152155最大喷油流量/(m L ㊃m i n -1)1260油嘴凸出量/m m2.53.03.5增压器涡轮端横截面积/c m25.04.54.0不同缸盖的涡流比0.81.124 2020年第4期All Rights Reserved.燃烧室采用双挤压缩口设计,使其更利于对N O x排放进行控制㊂为了降低柴油机P M 排放,采用喷射压力高达200M P a 的电装第3代燃油共轨系统㊂从图6试验结果结果可以看出,在N O x 排放相近的情况下,选用9孔㊁152ʎ锥角㊁喷油流量为1260m L /m i n 的喷油器能获得更低的燃油消耗率和P M 排放㊂图6 不同喷油器方案性能对比共轨柴油机的高压柴油束喷射到缸内时需要一定强度的涡流来打散燃油颗粒,涡流过低,不利于混合气的形成和燃烧;涡流过高,一方面会增加热损失,另一方面会使相邻油束之间发生干扰,即从涡流上游方向吹来的燃烧产物会妨碍下游油束的充分燃烧,使得性能下降㊂从图7中不同涡流比方案的性能对比可以看出,选用进气涡流比为1.1设计方案的缸盖可以得到更低的燃油耗和P M 排放㊂图7 不同涡流比方案的性能对比油嘴凸出量也会影响油束和燃烧室及气流的配合,从而对性能有明显的影响㊂油嘴凸出量过小,则燃油喷在燃烧室上方,油束可能落在活塞顶面上,混合较差导致性能下降;油嘴凸出量过大,则油束落在燃烧室底部,并且喷油嘴在喉口处受炙热燃气的冲刷,热负荷较高,影响油嘴的可靠性㊂从图8的性能对比试验结果可以看出,油嘴凸出量为3.0m m 时能获得最佳的油耗和较低的颗粒排放㊂图8 不同油嘴凸出量方案性能对比对于二级涡轮增压器(F G T )来说,选择较小的涡轮端截面积可提高发动机涡前压力,可提高在最大扭矩转速以下的中低转速工况附近驱动所需的废气再循环率,但是过小的涡轮端截面积又会增加发动机高速工况的泵气损失㊂从图9可以看出,选用涡轮端截面积为4.5c m2的增压器能获得最佳的燃油耗和较低的P M 排放㊂图9 不同涡轮端截面积方案的性能对比D OE 工况点的选择主要包含世界统一稳态循环(WH S C )㊁发动机非标准循环排放试验(WN T E ),以及外特性试验工况点㊂如图10所示,选取13个工况点,并借助A V LC AM E O 软件对D O E 工况点进行基于喷射压力㊁喷油正时㊁多次喷射的油量和间隔㊁E G R 率等组成的矩阵进行试验㊂试验的边界范围遵循以下限值要求:(1)增压器转速不能超限值140000r /m i n ;(2)涡轮前的排温不能超限值700ħ;(3)爆发压力不能超过限值17.5M P a ;(4)采用A V L 415烟度计测得烟度需小于2.0F S N ㊂最终可借助C AM E O 软件进行试验数据的建模分析㊂N O x 排放㊁燃油耗㊁烟度之间的折中模型如图11所示㊂34 2020年第4期All Rights Reserved.图10 D O E工况点的选择图11 N O x㊁燃油耗㊁烟度之间的折中模型2.2 D O C 及D P F 的开发2.2.1 D O C 硬件选型①为了符合原著本意,本文仍沿用原著中的非法定单位 编注㊂D O C 的选型主要是确认N O 2生成能力㊁H C 及C O 转化效率和升温能力㊂主要测试设备有进气空调㊁环境空调㊁电力测功机㊁气体分析仪(AMA i 60)㊁烟度计(A V L 415)㊁油耗仪(A V L 735)等试验设备,试验设备的布置图示如图12所示㊂试验所用的后处理系统主要参数见表4㊂图12 台架试验设备及后处理布置图示在发动机排气中,N O x 的主要成分是N O ,而N O 2占比很小㊂N O 2与D P F 中的碳粒在250ħ以上的条件下就可以发生氧化反应㊂从被动再生角度考虑,排气成分中N O x 所含的N O 2越多越好㊂此外,N O 浓度较高时,N O 在催化剂表面吸附受到抑制从而降低了N O 的反应速率㊂在S C R 的化学反应中,由N O ㊁N O 2和N H 3共同参与发生反应所需的活化能低,反应速率快,S C R 转化效率越高,提高N O 2比例并尽量保持N O 与N O 2比例在50%左右将有助于提高S C R 转化效率㊂图13为D O C 入口与出口处N O 2与N O 的比例㊂从图中可以看出,D O C 入口的N O 2含量很低,经过D O C 的催化反应后,D O C 出口的N O 2含量有了很大提高,满足设计需求㊂H C 及C O 均为燃烧产生的污染物,在D O C 内部催化剂的作用下,将其转换为C O 2和H 2O ㊂图14为试验测得的D O C 内H C 及C O 转化效率㊂从图13可以看出,H C 及C O 转化效率较高,全域均在95%以上,满足排放控制需求㊂选取低中高空速对应的转速扭矩工况,通过调节节气门等热管理措施来提升D O C 入口排温,并通过后喷喷射出的H C 氧化并放热来提升D O C 出口排温,通过测量D O C 前后温度和D O C 出口的H C 逸出量,来确定D O C 的升温能力㊂如图15所示,通过热管理,选取工况点的D O C 出口H C 逸出量都能满足限值要求(限值要求小于800ˑ10-6)㊂表4 后处理系统的主要参数项目参数D O C载体长度/i n①7.5载体直径/i n4载体材料C d 孔目数/p s i 400壁厚/m i l4贵金属含量/(g㊃f t -3)30铂钯比10D P F载体长度/i n 7.5载体直径/i n 10载体材料C d 孔目数/p s i 300壁厚/m i l9贵金属含量/(g ㊃f t -3)3铂钯比102.2.2 D P F 控制标定D P F 的非直通结构决定了排气中的碳烟会积聚在D P F 内部㊂随着碳烟的累积,必会造成排气背压的进一步升高,导致动力性差和燃油耗高等一系列问题㊂因此,D P F 需要1个清理积炭的过程,此过程称为 D P F 再生 ㊂D P F 再生分为主动再生和被动再生2种,主动再生通过电加热㊁燃油后喷燃烧等方法来提高排气温度,使得D P F 内的积炭可以快速起燃,从而达44 2020年第4期All Rights Reserved.图13 D O C 入口和出口N O 2/N O比例图14 D O C 内H C 及C O 转化效率到清理积炭的目的㊂一般主动再生的最佳温度约为550~650ħ㊂被动再生主要是通过催化剂等来降低反应所需的温度,一般是1个连续缓慢反应的过程,所需温度较低,一般温度约为250~350ħ㊂其中,主动再生具有热效率高,反应迅速,时间可控等优点,常作为主要的D P F 再生方案㊂根据D O C 及D P F 的理化特性,如要满足再生所需温度,一般需要采用热管理手段,如减少进气量,推迟提前角,增加后喷油量等措施㊂台架试验据此进行标定,得到如图16所示的试验结果,使得在稳态条件下的升温满足再生需求㊂通过标定温度反馈控制模块㊁进气量反馈控制模块㊁模型温度响应模块和再生速率计算模块等,来达到满足瞬态循环下正常再生的要求,再生瞬态循环结果如图17所示㊂图15 D O C 升温能力测试图16 再生模式温升迈谱图图17 再生WH T C 循环数据从图17中可以看出,D P F 初始积碳量为21g,在1个完整的WH T C 循环内,自动触发再生,基于温控54 2020年第4期All Rights Reserved.模型控制D P F 内部平均温度维持在550~650ħ之间,经过1317s 的再生时间,经过再生速率累减运算后的D P F 内部碳载量达到设定的再生结束碳载量(6g ,内部有少量的碳可以提高排气颗粒的捕集效率,且低碳载量时反应速率慢,会导致燃油经济性差),自动退出再生㊂2.3 S C R 开发为了达到国六柴油机95%以上的N O x 转化效率,要求在以下几方面优化设计或标定:①增强氨气与排气之间的混合,氨分布均匀性在95%以上;②减少或消除来自尿素的沉积物,确保尿素到氨气98%的转换效率;③在选择性催化还原部件中使用较高的网络密度,同时保持或甚至降低流动阻力压降;④采用高效节油的后处理热管理技术,以获取满意的冷热态WH T C 循环排放值㊂从图18的万有特性数据来看,通过进气节流㊁多次喷射㊁推迟主喷正时等热管理措施,可以提升低负荷工况区域S C R 入口温度30~50ħ,提高S C R转化效率,降低N Ox排放㊂图18 有无热管理措施的S C R 入口温度对比3 重型车用柴油机国六排放整车开发为了评判车辆和发动机的工作情况,并保证车辆在极端苛刻㊁严格的环境中能够正常可靠地运行,需进行整车高温㊁高原㊁高寒的标定试验,即需要对发动机标定参数进行调整,使整车能适应环境变化的要求,并在保证安全可靠的前提下,具有良好的动力性和经济性,以及排放性㊂以S C 4H 180Q 6型柴油机匹配上汽跃进C 500-D 10整车国六排放开发工作为例,高温试验包括热保护㊁空气系统㊁零部件环境场㊁D P F ㊁S C R ㊁碳载及O B D ;高原试验包括进气系统控制㊁增压器保护㊁D P F ㊁S C R ㊁碳载及O B D ;高寒试验包括冷起动㊁空气系统㊁D P F ㊁S C R ㊁碳载及O B D 等项目㊂4 结语本文介绍了重型车用柴油机从国五排放升级到国六排放的技术措施,并以匹配7~16t 载货车的4.3L 柴油机为例,通过机内冷却E G R ㊁200M P a 高压共轨系统㊁进气节流的热管理等技术措施,机外措施采用D O C ㊁S C R ㊁D P F 等后处理措施,进行国六排放机型的开发㊂开发结果表明,E G R 可以显著降低柴油机N O x 原始排放,但同时会增加P M 原始排放,而高压喷射可以明显改善发动机P M 原始排放㊂进气节流可明显提高柴油机小负荷的排气温度,确保柴油机高效S C R 的运行,有效降低N O x 尾管排放㊂D P F 是目前降低柴油机P M 尾管排放和减少P N 排放的最有效措施㊂采用C R S +E G R+D O C+D P F +S C R+A S C 后处理技术可以使柴油机满足G B17691 2018国六排放限值,是1种非常可行的技术路线㊂参 考 文 献[1]周龙保.内燃机学[M ].机械工业出版社,1999.[2]邓元望,朱梅林,向东.柴油机废气再循环技术评述[J ].柴油机设计与制造,2001(4):26-28,25.[3]A D A C H IT ,A O Y A G IY ,K O B A Y A S H IM ,e t a l .E f f e c t i v eN O xr e d u c t i o n i n h i g h b o o s t ,w i d e r a n g e a n d h i g hE G Rr a t e i n a h e a v y du -t y d i e s e l e n g i n e [C ].S A EP a p e r 2009-01-1438.[4]聂建军.柴油机高压共轨燃油系统的现状及发展趋势[J ].内燃机,2009(4):6-9.[5]李蓝媚,李人宪.柴油机喷射过程参数获取的数值方法研究[J ].车用发动机,2009(2):6-10.[6]辛千凡.柴油发动机系统设计[M ].上海科学技术文献出版社,2015.64 2020年第4期All Rights Reserved.。
浅谈重型柴油发动机的排放标准与后处理技术
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。
欧洲重型柴油机排放法规的技术路线_满足欧IV及更高排放标准的曼和斯堪尼亚柴油机
素水溶液。
EGR+PM-KAT过滤器是曼独有的 革命性技术
曼的废气再循环EGR柴油机于 1999年开发出来，为了满足欧III以及 后来的欧IV、欧V排放法规。到目前为 止，全世界大约有八十多万台曼EGR 发动机正在运行。曼EGR发动机可 靠、经济性好，广受欢迎。
曼采用冷却的和可控的外部废气 再循环EGR可以在发动机机内实现降 低氮氧化物排放，满足十分严格的欧 IV、欧V排放要求。PM-KAT则被采用 来控制颗粒物排放，以满足法规对PM 排放的要求。这种系统是安装在消音器 内的颗粒物分离装置，这种系统不会堵 塞，免于维护，并且不需要任何额外的 添加剂。PM-KAT过滤器可以消除中等 程度的细小颗粒物。 曼PM-KAT相比SCR系统的主要优势
199(270)
1250
D2066LUH22
228(310)
1700
1550
D2066LUH23
257(350)
1750
D2066LUH24
287(390)
1900
D2676LOH03
338(460)
1900
2100
1050～1400
D2676LOH04
353(480)
2300
*注：（1）OBD1表示第1代车载自动诊断系统；（2）PM-KAT，表示EGR+PM-KAT技术路线，下同。
2100
D2676LF05
353(480)
2300
D2066LF28
直6
235(320)
1900
1600
D2066LF27
265(360)
1800
D2066LF26
294(400)
1900
D2066LF25
满足国6标准的柴油机排放技术应用
摘要随着中国汽车工业的不断发展，商用车市场份额不断增加，柴油机作为商用车主要动力来源的需求不断增加。
柴油发动机的废气排放，不管是否引起烟雾和光化学烟雾污染。
美国和欧洲已经开始研究柴油机废气排放和治理，执行非常严格的排放法规，目前国内外排放的柴油机排放主要是EGR和SCR技术路线。
然而，EGR管道将增加燃料消耗对燃料中的硫更敏感，国内燃料质量仍有待进一步提高。
良好的燃油经济性，SCR线柴油机体变化小，对硫磺不敏感，技术升级连续性好，所以国内重型柴油机厂家满足未来排放的六项研究已被用于欧洲的SCR路线。
关键词：国6标准；柴油机；排放技术With the continuous development of China's automobile industry and growth of commercial vehicle market share is rising gradually, the diesel engine as the main power source of commercial vehicles, the demand is also growing. The large displacement diesel engine, emissions of pollutants caused by bad, such as fog Ting, biochemical smog pollution and other environmental problems in Europe and the United States. Started very early research and Governance on the emission of diesel engine, the implementation of strict emission regulations, domestic and international current emissions control for diesel engines is mainly EGR and SCR two technical route. However, the EGR line will increase the fuel consumption and more sensitive to sulfur in fuel, domestic fuel products Quality remains to be improved fuel economy of the.SCR route, the diesel engine with small changes and not sensitive to sulfur, better continuous upgrading of technology, so most of the domestic heavy-duty diesel engine manufacturers to meet the future of country 6 emissions have adopted the European route SCR route.Keywords: National 6 standard; diesel engine; emission technology1引言 (1)1.1研究背景 (1)1.2柴油机主要排放污染物以及排放标准 (1)1.2.1柴油机主要排放污染物 (1)1.2.2柴油机主要排放标准 (4)1.3满足国6排放标准的两条技术路线 (5)1.3.1优化燃烧+SCR路线 (5)1.3.2 EGR+DOC+DPF路线 (5)2 SCR技术路线原理 (6)2.1颗粒物PM的机内控制 (6)2.2 SCR系统及工作原理 (7)2.2.1 SCR系统工作原理 (7)2.2.2 SCR技术反应机理 (9)3 SCR后处理系统中的OBD应用 (9)3.1SCR系统的OBD总体策略 (10)3.2 OB D功能的验证 (11)4满足国6排放的发动机台架试验 (12)4.1柴油机台架试验系统 (12)4.1.1台架试验对象 (13)4.1.2台架试验主要测量仪器和设备 (13)4.1.2.1试验测控系统 (13)4.1.2.2电力测功机 (14)4.1.2.3燃油耗仪和燃油温控系统 (14)4.1.2.4排放污染物测量设备 (15)4.2试验策略 (15)致谢 (17)参考文献 (18)满足国6标准的柴油机排放技术应用1引言1.1研究背景随着社会的进步，中国汽车工业的经济技术发展速度近年来也将继续发展壮大，机动车辆生产，销售和所有权持续快速增长。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２ 重型车用柴油机欧ＶＩ法规要求 ２．１排 气污 染物 试验 方法
重 型 车用 柴油 机欧 Ⅲ阶段 至欧 Ｖ阶段 排气 污 染物试 验包 括ＥＳＣ、ＥＴＣ、ＥＬＲ试验循 环 ，欧Ⅵ阶 段采用ＷＨＴＣ和 ＷＨＳＣ试验循环 ，并且增加 了之 前 阶 段 没 有 规 定 的 颗 粒 数 的测 试 方 法 和 限 值 要 求 。 作 者 在 某 柴 油 机 怠 速 ８００ｒ／ｒ ａｉｎ，额 定 转 速 ２４００ｒ／ｍｉｎ）上通 过试 验分 别对 ＥＳＣ循 环和ＷＨＳＣ循 环 以及 ＷＨＴＣ循环 和ＥＴＣ循环进 行 了对 比，通 过对 比发 现 ，ＷＨＳＣ和ＥＳＣ试验循 环 的运行工 况完 全不 同，图２为ＥＳＣ、ＷＨＳＣ稳态工况点对 比。
￣Ｉ、
０
５００
ｌ０ｏ０
１５ＯＯ
２０００
２５００
转速 ／ｒ／ｒ ａｉｎ
图２ 某 柴油 机 ＥＳＣ、Ｗ ＨＳＣ稳 态 工况 点对 比
时间 ／ｓ
如 图２所 示 ，ＷＨＳＣ循环 １３个 稳态工 况点 中有
图３ 某 柴油 机 ＥＳＣ、Ｗ ＨＳＣ循 环 对 比
１２个 工况点转 速低于ＥＳＣ循环 Ｂ转速 ，图３为试验 柴
续取 样 ，即连续 取样 方式 ，排放 结果 为 瞬时测 量 比仍ｆ。
８８
试验 ·测 试 １重型车用柴油机欧ＶＩ排放法规浅析
２ｓ∞
２∞ 。
ａ
｛ ０ｏ
、
倒 辩
５∞
。
５∞
ｐ 、 赠
低 负 荷 工 况 。 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ０
ｊ∞ 。
８００
Ｏ
２ｏ
ｔｏ ｏ
６ｏ０
Ｂｏｏ
ｌｏｏｏ
ｌ２００
时间 ／ｓ
１６ｏｏ
１８ｏｏ
欧 Ⅵ 法 规 增 加 了 ＯＢＤ系 统 诊 断 ＯＴＬ限 值 要
图 ４ Ｗ ＨＴＣ与 ＥＴＣ循 环 对 比
求 ，并 且根据 故 障对于 车辆排 放影 响 的程度 将故
由于在循 环运行前 １２００秒 ，ＷＨＴＣ循 环中发动 障分 为Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ共 四类故 障 ，定义 了每类故 机运行 转速和负荷较ＥＴＣ循环偏低 ，排气 温度 明显 障 的触 发策 略和冻 结帧存 储 的优先 顺序 。欧 Ⅵ法 低 于ＥＴＣ循环 排气温 度 ，尤其在 前４００秒 ，排气 温 规 不仅 要 求 按 故 障分 类 来 分 别进 行 ＯＢＤ性 能验 度 未超 过３０３ ｏＣ，因此ｗＨＴｃ循 环要 求发 动机排 气 证 ，也 定 义 了全 新 的报 警 方 式 、监 测 器 组 等 要 后 处 理 系统 具有 更 好 的低 温性 能 。ＷＨＴＣ循 环 在 求 ，并且对不 同的监测器组提 出了ＯＢＤ在用性 能即 １３５０秒 至 １８００秒 ， 由 于 发 动 机 负 荷 的 提 高 ， 实 际监测频率要求 ，对ＯＢＤ监控 系统某特定监控器
况 点 为４分钟 外 ，其余 １２个 工况 点 均运 行２分 钟 ； ３０２．８℃ ，￣ｇＥＳＣ循 环低５５．４￣Ｃ。
由 图 ３可 以 看 出 ， ＷＨＳＣ循 环 运 行 工 况 时 间 为
ＷＨＴＣ循 环引入 了冷起动循环 ，完整 的ＷＨＴＣ
１８９５ｓ，各 个 工况点 运行 时间差 异较 大 ，运 行 时间 循 环过 程包 括冷 起动 ＷＨＴＣ循环 （通 过 自然冷 却
最 长 ２５０秒 ，最 短 仅 为 ５０秒 ，并 且 怠 速 工 况 与 或 强 制 冷 却 达 到 冷 启 动 条 件 ）、热 浸 和 热 起 动
２５％负荷 工况共 运行 １２７０秒 ， 占整个 ＷＨＳＣ循环 的 ＷＨＴＣ循环组 成 ，最终结果 由冷 、热ＷＨＴＣ循 环排
６７％，因此 ，ＷＨＳＣ大 部分工 况点位 于 中低 转速 中 放结果加权得 到 。单个冷起 动或热起动ＷＨＴＣ循环
咖
三
图５某 柴油 机ＥＴＣ、Ｗ ＨＴＣ循环 平均 转速 、 负荷 对 比 Ｒ４９．０６法 规 不 仅 将 污 染 物 测 试 循 环 更 改 为
。
２吣
０
２¨
６０。
…
Ｉ２…
时 间 ，ｓ
００
∞ ０
ｉ８ｏ０
ＷＨＳＣ循环 和ＷＨＴＣ循 环 ，并 且增加 了循环外 排放 控制ｗＮＴＥ测试要 求 ，ＷＮＴＥ试 验工 况 区域更 加宽 广 ，并且 试验 时 随机选择 符合 法规 要求 的三 个 区
● ◆ ０ ～
● ． ◆
时间 ，ｓ
◆ ＥＳｃ ● Ｗ ｝ ＳＣ
● ● － ● ● ’ ’ ’ －
◆ ●
＾
九 ／ １
．
：１ｃ＝ 一－ｋ－：－ｋｔ一 一 一 …一
＼ 一 ～ 一 ～１
＂ 、 ４ ＂－ ．－－
－
——一 Ｅｓｃ — ｗ 一·一ＥＳＣ一·一Ｗ；＇ＩＳＣ
图３中对 于 为试 验 柴油 机ＷＨＳＣ、ＥＳＣ循 环 试
油机ＥＳＣ循环 和ＷＨＳＣ循环过程 。由图３可 以看 出 ， 验过程排 气温度与平均 温度进行 了对 比 ，ＥＳＣ循环
ＥＳＣ循 环运行 时 间为 １６８０秒 ，ＥＳＣ循环 除第一个 工 平 均 温 度 为 ３５８．２￣Ｃ， ＷＨＳＣ循 环 平 均 温 度 为
颗 粒物 总取 样 质量 为各 工况 结束 前某 加 权 时间段 比为 １７％，而 ＥＴＣ循 环 只 有 ６％。 结 合 图４Ｎ 以 看
内 的取 样 总 和 ，即 分 段 取 样 方 式 ；对 ＷＨＳＣ循 出 ，ＷＨＴＣＮ试循环 明显提 高 了低转速工况所 占用
环 ，气 态 污染物 和 颗粒 物均 为整 个循 环期 间的连 的时 间 比例 ，尤其 是提 高 了怠速 工况 占用 时间 的
口童 三 辑
汽车科技 ，ＡＵＴＯ ＳＣＩ－ＴＥＣＨ ２０１６年第３期
啪 瑚 啪 啪 啪 ｌ言 瑚 ０ 统 的结 合 运 用 将 是 实 现 欧 Ⅵ 阶段 排 放 的 重 要 技 值 的 积 分 或 整 个 循 环 期 间 的气 袋 采 样 分 析 平 均
术路 径 。
值 ，包含 了过渡阶段和稳定阶段的污染物排放 。
域 ，三个 区域 的测 试顺 序是 随机 的 ，每个 区域 内
的各 个 工况点 也是 随机选 取 ，各个 工况 点试 验 时
采用 随机 的试 验顺序 。这样 ，通过ＷＮＴＥ￣Ｎ试 ，保
证 了发 动机在 更加 宽广 的 区域 内污染物 保持 较低
排 放 水 平 。
２．２ ＯＢＤ系 统诊 断及 ＮＯＸ控制 要求
Байду номын сангаас
低 负荷 下 。另外 ，对 于 ＥＳＣ循环 ，气 态污染 物 测 与 ＥＴｃ测 试循 环 时间相 同 ，但 工 况完 全 不 同 ，图
量 值采 用 工况 结束 前 ３０秒 内 的测 量平 均 值 ，各 工 ４ｏｅ对 于某 柴油 机ＷＨＴＣ与 ＥＴＣ转 速 、负荷进 行 了
况 的结 果计 算 后再 加权 得 到总气 态 污染 物结 果 ， 对 比。根据统计 ，ＷＨＴＣＮ 试循环怠速工况 时间 占