商用车柴油机排放标准3大衍生问题解疑及技术路线汇总

李 安 杨立慧 万 涛 |文

商用车柴油机排放标准3大衍生问题解疑及技术路线汇总

李 安 杨立慧 万 涛 |文

国Ⅳ和国Ⅴ标准油品的主要差异是提升燃烧性能——抗爆性和排放优化——腐蚀性这2项指标。

Solutions to Three Major Issues by Commercial Vehicles Diesel Engine Emission Standard

This issue will open a discussion on three major issues by commercial vehicles diesel engine emission standard, and summarize various solutions to technology development.

本期我们将对上期衍生出来的3个问题进行讨论，并将对柴油机排放升级的技术路线进行简单汇总。

解疑3大问题

1.为什么我国排放标准没有规定国Ⅵ排放限值？

从表1不难发现，北京的实际道路工况与欧洲的ETC和全球的WHTC相比还是有一定差异的，而且我国其他地区的道路更为复杂多变，所以为了客观、有效地减少发动机排放物对环境的污染，我国没有再按照欧洲标准制定出台国Ⅵ标准。目前国内一些有责任心的发动机厂家已经着手研究、储备符合我国道路工况的减排技术，相信在不久的将来，大家能看到一部与我国环境相关的国Ⅵ排放标准。

2.工况试验排放情况和车辆实际运行排放情况是否有差异？

毫无疑问，回答是肯定的——有差异。于是PEMS(Portable Emission Measurement System，便携式排放测试系统)检测方法应运而生。这是一种安装在实车上的测试系统，又称“车载法”，可以进行台架试验，也可以进行实车运行试验，所以这是最贴近实际运行的检测方法。我国京Ⅴ排放标准《DB11_965-2013_重型汽车排气污染物排放限值及测量方法》明确规定使用PEMS系统检测，又称为“车载法”。

3.相应的排放限值是否需要不同品质的柴油？

不同的排放限值对燃油品质的要求也不相同。表2示出了国Ⅳ和国Ⅴ柴油的各项性能指标，从中可以看出2者之间的差异。

燃油品质的性能指标可以归纳为抗爆性、蒸发性、流动性、腐蚀性和安定性。

⑴抗爆性。柴油的抗爆性指标是十六烷值。十六烷值低，则燃料发火困难，滞燃期长，发动机工作状态粗暴；十六烷值高，发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀，发动机工作平稳；十六烷值过高，局部燃烧不完全，冒黑烟。从国Ⅳ到国Ⅴ阶段，十六烷值分别从49、46、45提升至51、49、47。

表1 不同国家道路行驶特征数据比较 %

表2 国Ⅳ和国Ⅴ柴油性能指标比较 %

⑵蒸发性。评定柴油蒸发性的指标包括馏程和闪点。从国Ⅳ到国Ⅴ阶段，这一指标没有变化。

⑶流动性。评定柴油流动性的指标包括黏度、凝点和冷滤点。高精度的油泵及喷嘴柱塞主要靠柴油润滑，对流体性能要求较高从国Ⅳ到国Ⅴ阶段，这一指标没有变化。

⑷腐蚀性。评定柴油腐蚀性的指标包括含硫化合物和含硫量。柴油中含硫化合物对发动机的工作寿命影响很大。从国Ⅳ到国Ⅴ的柴油硫含量从50 ppm降至10 ppm。从燃油品质解决了硫化物的污染，不仅能减少柴油燃烧产物对金属的腐蚀，而且能切实减弱柴油车硫化物对大气污染的程度。

⑸安定性。评定柴油安定性的指标包括总不溶物和10%蒸余物残炭，也就是柴油是否容易变质。从国Ⅳ到国Ⅴ阶段，这一指标没有变化。

表3 欧Ⅰ到欧Ⅵ排放标准柴油机升级技术路线一览 %

表4 满足欧Ⅲ排放标准的2种技术路线对比 %

综上所述，国Ⅳ和国Ⅴ标准油品的主要差异是提升燃烧性能——抗爆性和排放优化——腐蚀性这2项指标。

技术路线汇总

油品品质的升级是从燃烧源头对排放进行控制的一种措施。下面，我们结合不同排放阶段的污染物限值情况进行车辆技术升级的讨论。由于通过优化燃烧过程可以减少CO和HC，所以我们重点讨论PM和NOx这对矛盾的排放物。

针对不同阶段的排放要求，柴油机需要进行相应技术路线的升级。涡轮增压器和中冷技术使柴油机告别了负氧时代，进入富氧时代，从而实现了欧Ⅰ和欧Ⅱ排放标准。涡轮增压器使柴油机功率质量比大幅提升，整机的动力经济性显著提高，随着增压效率的提升，燃烧效率也不断提升，燃烧温度升高使得NOx含量升高。由于机械式喷油系统的喷油控制相对粗放，在车辆冷启动和急加速工况时还会有大量PM产生，所以欧Ⅲ排放标准需要进一步控制PM和NOx。

进入欧Ⅲ排放阶段后，技术路线出现变化：一种是机械式喷油系统升级成电控喷油系统，该喷油系统又分为2种技术路线——高压共轨和单体泵；另一种是在机械式喷油系统基础上增加废气再循环系统。2种技术路线的优劣势如表4所示。

欧Ⅳ在欧Ⅲ的基础上进一步减少排放污染物，欧美出现了2种技术路线：电控喷油系统+SCR和电控喷油系统+EGR。

电控喷油系统+SCR技术路线是通过电控系统提高燃烧效率，减少PM，降低油耗。它不通过燃烧过程处理NOx，而是将该污染物交给排气系统中的处理系统进行化学反应实现NOx的减少。由于是通过尿素加热分解为NH3和NOx反应成N2和H2O，所以该技术路线需要社会资源的投入——尿素生产到购买的体系建设。此外该技术路线有一个明显缺陷：在排温低于200 ℃时，由于尿素水溶液无法分解，所以SCR不会工作，此时排放控制略差。

电控喷油系统+EGR技术路线弥补了我国国Ⅲ EGR技术路线燃烧粗犷的缺陷，但是PM控制需要排气系统增加颗粒捕捉器PDF，该技术路线最大的优势是仅发动机本身就解决了排放问题，不需要社会资源的投入，但是车辆的动力性和使用经济性(PDF保养维护)相对SCR技术路线要弱一些。

满足欧Ⅴ排放标准主要是降低NOx，PM相对欧Ⅳ标准没有变化，所以我国针对国Ⅴ排放主要采用优化燃烧的方式实现。

严苛的欧Ⅵ排放使得发动机厂家必须使用浑身解数对排气污染物进行控制，所以综合了几种排放技术路线的优势：在SCR和EGR基础上增加进气控制、排气控制、PM回收再处理等措施。此外，还有一种称为DPF柴油机颗粒捕捉器的后处理技术。

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