未来柴油机后处理技术发展 威孚 刘洋
轻型柴油机国六后处理技术路线探讨
轻型柴油机国六后处理技术路线探讨作者：李江兵赵挺樊华春来源：《内燃机与配件》2020年第21期摘要：为满足越来越严格的排放要求，尤其是随着国六排放的实施，氮氧化物（以下简称为NOX）排放限值极低，其中轻型柴油机的挑战巨大，以常见的柴油皮卡为例，NOX从280mg/km降低到了82mg/km（6a）、50mg/km（6b），发动机机内排放已无法满足该限值，故在机外增加了处理NOX的装置，提升整车处理NOX的能力。
2019年底至2020年初，陆续有多家整车厂推出满足国6a或国6b w/o RDE的轻型柴油机产品，其后处理技术路线主要有两条，以下对其进行探讨。
关键词：国六排放;轻型柴油机;NOX;后处理技术路线中图分类号：U464.172;X734.2; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1674-957X（2020）21-0038-020; 引言为了满足日益严格的排放法规要求，对于柴油机，尤其是轻型柴油机，需对发动机机内排放进行严格控制，以及机外后处理净化技术做出革新，采用更加先进的技术，对排放污染物进行控制和处理。
通过对国外轻型柴油机技术进行调研，发动机本体的机内控制技术与国内基本一致，例如：优化燃烧室，减低摩擦;提高高压共轨的喷射压力;采用高效的增压器[1];采用先进的EGR技术，甚至高压EGR和低压EGR配合使用等，后处理技术路线较多，有：NSC+SDPF+SCR、NSC+CDPF+SCR、DOC+SDPF+SCR、DOC+CDPF+SCR等，不同的技术路线，净化原理有较大差异，对标定也有较大影响。
在国内，轻型柴油机产品的标定主要由无锡博世和上海德尔福主导，后处理技术路线相对统一，主要有：DOC+SDPF+SCR和NSC+CDPF+SCR，以下对这两种技术路线作进一步说明和分析。
1; SDPF技术路线SDPF技术路线，在DPF和SCR上涂覆分子筛涂层后对NOX进行处理转化，标定相对简单，不会出现硫中毒和超高温的问题，没有对发动机硬件的耐温要求，但SDPF路线的载体容积相对较大，低温区域处理NOX的能力相对LNT较弱，对低温转化率和布置空间有更高的要求。
柴油国四发动机后处理系统课件
后处理系统是柴油国四发动机的核心技术之一，对于满足国家排放法规具有重要 意义。
作用
后处理系统能够显著降低发动机尾气中的有害物质含量，如氮氧化物、颗粒物等， 减少对环境的污染，同时也有助于提高发动机燃油经济性，提升发动机整体性能。
02
后处理系统核心组件与技术
氧化催化器
功能
工作原理
通过贵金属催化剂（如铂、钯等）降 低CO和HC的氧化活化能，使其在较 低的温度下与排气中的氧气发生氧化 反应。
柴油国四发动机后处理 系统课 件
contents
目录
• 柴油国四发动机后处理系统概述 • 后处理系统核心组件与技术 • 后处理系统故障诊断与排除 • 后处理系统维护与保养
01
柴油国四发动机后处理系统概述
系统组成与工作原理
组成部分
工作原理
技术特点与优势
高效催化转化
颗粒捕集再生 智能控制
பைடு நூலகம்
系统在发动机中的地位和作用
管路堵塞
由于油品质量、积碳等原因，可 能导致后处理系统管路堵塞，影
响系统正常运行。
故障诊断方法与步骤
01
02
使用专业诊断仪
检查传感器
03 视觉检查
常见故障排除案例分析
04
后处理系统维护与保养
系统维护周期与内容
维护周期 维护内容
保养操作方法与注意事 项
保养操作方法
注意事项
系统维护后的性能检查与评估
性能检查
在维护和保养完成后，应对后处理系统进行性能检查，包括排放性能、燃油经济性能等，确保系统正常运行，并 达到国家和地方的相关排放标准。
性能评估
根据性能检查结果，对后处理系统的性能进行评估，识别存在的问题和不足，提出改进意见和建议，为后续的系 统优化和升级提供参考。
柴油机排气后处理装置技术要求第5部分：后处理器机械性能
中国环境保护产业协会标T/CAEPI □□－20□□柴油机排气后处理装置技术要求第5部分：后处理器机械性能Technical Requirements of Diesel Emission Aftertreatment DevicesPart 5: Mechanical Performance of After-treatment Converter（征求意见稿）中国环境保护产业协会发布T/CAEPI XXX-201X目 录前 言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 技术要求.......................................................错误！未定义书签。
4.1 一般要求 (3)4.2 机械性能要求 (3)5 试验程序 (4)6 试验方法 (4)6.1 密封性试验 (4)6.2 轴向推力试验 (4)6.3 水急冷试验 (4)6.4 热振动试验 (5)6.5 热疲劳试验 (6)7 检验规则 (7)7.1 检验分类 (7)7.2 检验项目 (7)8 标志、包装、运输、储存 (8)T/CAEPI XXX-201X前 言为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，促进环保技术装备发展，规范柴油机排气后处理装置的技术要求和试验方法，降低柴油机尾气排放中的污染物对空气质量的影响，制定本标准。
CAEPI XXX-201X《柴油机排气后处理装置技术要求》分为如下5个部分：——第1部分：氧化型催化转化器（DOC）；——第2部分：选择性催化还原器（SCR）；——第3部分：柴油机颗粒捕集器（DPF）；——第4部分：氨逃逸催化器（ASC）；——第5部分：后处理器机械性能；本部分为T/CAEPI XXX-201X 第5部分。
本部分规定了柴油机排气后处理装置后处理器的机械性能技术要求和试验方法。
本部分是对HJ451-2008《环境保护产品技术要求柴油车排气后处理装置》的修订，与原标准相比主要变化如下——增加了后处理器封装单元的技术要求和测试方法 ；——增加了后处理器总成热疲劳要求和试验方法 ；——修改了密封性技术要求，将压降要求改为泄漏量要求；——修改了轴向推力试验方法，根据载体的大小，线性关系增加轴向力；——修改了预处理条件，调整了预处理温度；——修改了水急冷试验方法，将四段式循环方式改为两段式；——修改了振动试验方法；——修改了试验条件和试验程序；——修改了检验规则。
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证汪晖(东风汽车有限公司商用车技术中心,湖北武汉430056)摘要:针对我国颁布的国IV 排放要求,介绍商用车柴油发动机的后处理技术中的SCR 技术和EGR+DPF 技术,探讨二者之间的性能差异,提出发动机SCR 后处理技术中的电气系统的验证项目,以达到提高排放性能、完善发动机控制系统控制策略的方法。
关键词:柴油发动机;尾气后处理;SCR;EGR;电气系统;验证中图分类号:U469.74文献标识码:B 文章编号:1003-8639(2013)03-0022-04修改稿收稿日期:2012-12-25作者简介:汪晖(1968-),女,高级工程师,负责东风商用车电气系统开发。
Discussion on Exhaust After⁃treatment Technology for Diesel Engine and Electrical System VerificationWANG Hui(Commercial Vehicle Technical Center,DONGFENG Motor Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)Abstract :According to the emission control regulations of National IV,the SCR and the EGR+DPF technologies in exhaust after⁃treatment for diesel engine on commercial vehicles are introduced here and the performance differences between them are discussed.The verification of electrical system in the SCR technology is set up so as to enhance emission performance and perfect the control strategy for engine control system.Key words :diesel engine;exhaust after⁃treatment;SCR;EGR;electrical system;verification我国目前已成为世界上汽车发展潜力巨大的国家,汽车需求不断增长,随着社会的发展,人们的环境保护意识也在不断提高,对汽车发动机的品质也提出了越来越高的要求。
科技成果——柴油车排气氮氧化物与颗粒协同净化技术
科技成果——柴油车排气氮氧化物与颗粒协同净化技术技术开发单位中国科学院生态环境研究中心、中国重汽、清华大学、无锡威孚环保催化剂有限公司所属领域交通运输适用范围柴油车排气后处理成果简介针对重型（包含中型）柴油车氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）排放超标问题，采用机内与机外净化相结合的技术手段，在机内净化有效削减PM排放的基础上，以选择性催化还原技术（SCR）为主去除NOx，满足国五阶段重型柴油车排放标准。
针对轻型柴油车PM、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）排放超标问题，采用柴油机颗粒捕集器（DPF）及可靠再生技术、柴油机催化氧化技术（DOC），使国产轻型柴油车排放满足国五标准要求。
同时，DOC+DPF技术由于简单易行，还可用于国三柴油车后处理升级改造。
国六阶段排放标准大幅加严，重型和轻型柴油车都将耦合SCR和DPF技术，以保证排放达标。
技术效果SCR对重型柴油车NOx排放削减80%以上，使国产重型柴油车达到国五排放标准要求；DPF对轻型柴油车PM捕集效率90%以上；使国产轻型柴油车达到国五排放标准要求。
国六耦合SCR和DPF的后处理技术对NOx和PN净化效率分别为95%和99%以上。
应用情况在中国重汽等生产的中重型柴油车上实现了100万辆的规模化应用（至2018年3月），满足国四、国五排放标准。
在江铃、福田、长城等生产的轻型柴油车上完成30余款车型配套，实现了70万辆的规模化应用,满足国四、国五排放标准。
成本估算该技术的投资成本主要是催化剂的涂敷及封装生产线，产能30万套/年SCR催化剂的产线投资约为4000万-5000万；所需的关键设备和部件均已实现国产化。
以30万套/年SCR催化剂的产线为例，投资回收期在2-3年。
市场前景在2018年政府工作报告中，明确提出要“开展柴油货车超标排放专项治理”；柴油车国六排放标准即将实施，项目成果在新车排放达标与在用车改造方面均具有广阔的推广应用前景，市场规模约500亿元。
HW：柴油机后处理技术概述
当下常用柴油机后处理技术：1SCR（Selective Catalytic Reduction 选择性催化还原技术）1.1NH3- SCR1.1.1反应原理使用尿素水溶液作为氨气来源，这种溶液尿素质量分数为32.5%，符合DIN V70070国际标准，市场上也称之为“AdBlue”溶液。
当尿素水溶液被喷射到排气管中后，与高温的废气混合，尿素水溶液经过气化、热解和水解等一系列复杂的化学反应生成氨气和二氧化碳，简单可以分为两步。
第一步: 热解反应CO(NH2)2→加热→NH3+ HNCO第二步: 水解反应HNCO+H2O→催化剂→NH3+CO2尿素分解释放出的氨气与废气中的NO x发生化学反应，具体反应方程式如下4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O8NH3+6NO2→7N2+12H2O1.1.2控制方法尿素SCR系统主要由后处理控制单元( DCU)、尿素泵( SM)、喷嘴( DM)、尿素罐、SCR 催化器及相应液力管路和电气线束构成，如下图所示。
DCU为主控制单元，处理传感器信号、计算尿素喷射量并对各种执行器进行控制。
SCR 系统开始工作时，DCU首先确认系统是否处于正常状态，然后发出指令使尿素泵开始加压，压力使尿素水溶液开始流动。
控制单元通过CAN总线与发动机的ECU进行通讯，获得发动机的运行参数，再加上催化器上游温度信号，计算出尿素喷射量，驱动喷嘴将适量的尿素水溶液喷射到排气管内，按反应机理还原尾气中的NO x，多余的尿素被送回到尿素罐内。
1.1.3存在的问题1.1.3.1低温工况下NO x转化率低尿素在废气温度为160℃左右时，开始发生热解反应产生异氰酸(HNCO)和一部分氨气。
由于尿素热解需要吸收大量的热量，当排气温度较低时热解速度较慢。
有关研究表明，温度为330℃时仅有20%左右的尿素可以发生热解，而400℃时有50%的尿素发生热解，剩下的尿素只能到达催化剂表面后完成热解。
柴油机高压共轨燃油系统的现状及发展趋势
3 电控高压共轨燃油喷射系统的优点
电控高压共轨燃油喷射系统可以实现喷射压 力、喷油定时、喷油量和喷油规律的单独控制，自由 度 高 ，与 传 统 燃 油 喷 射 系 统 相 比 ，具 有 许 多 优 点 [4]。 3.1 高压喷射，自由调节喷油压力
提高喷射压力和喷射速率、缩短喷油持续时间 可以同时降低颗粒和 NOx。 电控高压共轨燃油喷射 系统可以将燃油喷射压力提高到 100 MPa 以上，同 时，可以利用共轨压力传感器和压力调节器，调整供 油泵的供油量和共轨压力，实现对喷油压力的精确 控制。 此外，还可以根据发动机的不同工况，连续对 共轨压力进行反馈控制。 3.2 高精度喷油量的自由调节
共轨实际上是一种燃油分配管，主要包括油轨、 压力传感器和压力调节阀， 其作用是储存燃油并保 持油压，消除燃油压力波动。
电控喷油器是电控高压共轨燃油喷射系统的执 行器，主要由喷油嘴、控制活塞、控制量孔和控制电 磁阀组成，作用是根据 ECU 发出的控制信号，开、关 控制电磁阀，将高压共轨中的燃油以最佳喷油定时、 喷油量和喷油速率喷入柴油机的燃烧室。
0 前言
能源危机和环境污染问题以及世界各国日益严 格的排放法规促使人们进一步改善柴油机的燃烧过 程，而影响燃烧过程的关键是燃油喷射系统的性能。 电控高压共轨燃油喷射系统通过各种传感器检测出 发动机的实际运行状况，由计算机计算和处理，可以 精确、柔性地控制柴油机喷油量、喷油定时和喷射压 力，与传统的喷射技术相比，进一步降低了燃油消耗 和排放，增强了动力性能，实现了柴油机综合性能的 又一次飞跃[1]。 这种技术的典型代表有日本电 装 公 司、BOSCH 公司等，国内也 有 一 些 科 研 院 所 在 这 方 面做了很多工作，并取得了一定的成果。
访湛日景博士_满足更严要求的柴油机及后处理技术
[访美国西南研究院首席工程师湛日景博士]汽车污染物排放,尤其是柴油车的排放问题越来越被人们所关注,而政府也表示出了对于治理环境污染问题的决心.工信部产业政策司前不久发公告表示,定于2014年12月31日废止适用于国家第三阶段汽车排放标准柴油车产品,2015年1月1日起国Ⅲ柴油车产品将不得销售.汽车污染物排放，尤其是柴油车的排放问题越来越被人们所关注，而政府也表示出了对于治理环境污染问题的决心。
工信部产业政策司前不久发公告表示，定于2014年12月31日废止适用于国家第三阶段汽车排放标准柴油车产品，2015年1月1日起国Ⅲ柴油车产品将不得销售。
这需要商用车生产企业改变其柴油车装置来符合国Ⅳ标准要求。
与此同时，国内外柴油机生产企业及关键零配件供应商也应提前布局，进行相应的技术储备、人才储备和市场推广。
为此，本刊记者采访了汽车排放和后处理领域的知名专家美国西南研究院首席工程师湛日景博士。
AI：中国工信部发布公告，将从2015年1月1日起全面实施重型柴油机国Ⅳ排放标准，您认为这一时机是否已经成熟？我们还有哪些方面需要尽快改进提高？湛日景博士：实际上，国Ⅳ技术，包括发动机技术、排放后处理技术，以及燃油和车用尿素等，早已成熟。
目前，国Ⅳ重型柴油机基本上都采用了SCR技术，而这一技术在国Ⅳ阶段低于50ppm硫含量的柴油并非必要条件，因此，在全国范围内推进重型柴油机的国Ⅳ排放标准，没有技术上的障碍。
当然，由于以往对排放法规的监管不到位，某些企业有侥幸心理，尚不能达标，这些问题在法规执行的过程中应逐步加以解决。
AI：作为知名发动机排放及后处理行业专家，您对国内外柴油机及后处理的相关技术及法规非常了解。
请您与我们分享一下，美国、欧洲及日本等国家和地区的相关法规及技术研发最新进展。
有哪些值得我们借鉴学习？湛日景博士：首先，我们需要对排放法规有比较深刻的理解。
自从美国在20世纪70年代开始实施排放法规以来的近40年，排放法规一直是发动机和车辆技术进步最大的推动力。
面向欧_以上法规的柴油机排气后处理技术方案
第28卷第8期武汉理工大学学报・信息与管理工程版V ol .28N o .82006年8月JO U R NA L O F W U T (IN FO RM A T ION &M A NA G EM EN T EN GIN EERI NG )A ug .2006文章编号:1007-144X (2006)08-0034-04收稿日期:2006-03-17.作者简介:徐 阳(1963-),男,湖北武汉人,武汉理工大学汽车工程学院讲师.基金项目:国家“863计划”资助项目(2001AA 643020-02).面向欧Ⅲ以上法规的柴油机排气后处理技术方案徐 阳(武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉 430070)摘 要:围绕车用柴油机排放控制这一主题,对欧洲柴油机排放法规的发展趋势进行了综述。
介绍了柴油机排气后处理控制技术的前景,对面向世界柴油机排放法规,特别是对满足欧Ⅲ以上法规的柴油机排放控制策略及柴油机排气后处理技术方案进行了探讨。
关键词:柴油机;排气后处理;欧Ⅲ法规;技术方案中图法分类号:U 464.172 文献标识码:A1 引 言为了保护环境和节约能源,世界各国相继制订和实施了越来越严格的柴油机排放标准。
由于柴油机和汽油机相比有较好的经济性,因此得到较广泛的使用,柴油机排放物和汽油机相比CO 、HC 的排放比汽油机略少些,但是排出的NOx 和PM 危害大,排放量较汽油机多,因此降低柴油机PM 和NOx 的排放量一直是柴油机排放控制的重点。
目前,我国的排放标准采用欧洲体系。
面对欧Ⅲ法规实施,研究柴油机排气后处理技术在满足欧Ⅲ及其以上排放标准方面具有一定的现实意义。
2 欧洲柴油机汽车排放法规及限值分析欧洲经济委员会ECE(Econom ic Comm ission fo r Europe)于1974年开始实行汽车排放标准,1992年以后欧盟(EU )轻型汽车开始实行的4个标准分别称之为欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧Ⅲ和欧Ⅳ标准,对于各种轻型乘用汽车统一于一个排放限值标准。