重型柴油机国 Ⅳ 技术路线及实施建议

1. 重型柴油机国Ⅳ技术路线及实施建议 中国环保产业协会机动车污染防治委员会 Committee of Vehicle Emission Control

2. 目 录 • 前言 • 满足国Ⅳ排放标准的系统及其选择 • 两种系统的技术和应用成本分析 • 国外排放法规执行经验 • 总结及建议

3. 一、前言 美国EPAUS2007排放标准，其中PM排放值为0.01g/bhp-hr,NOx排放值为0.20g/bhp-hr. 从2007年开始，要完全实现PM排放标准。对于NOx排放标准，实施分阶段执行的政策，2007年至2009年，重型柴油车的NOx排放值要满足标准要求的百分之五十，到2010年，则要百分之百达标。

4. 一、前言 • 重型柴油车排放标准国Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ已于2006年发布，等效欧洲。实行时间表分别是2008年、2010年和2012年，北京市在2008年开始执行国Ⅳ。国Ⅳ技术已经进入社会。 • 国Ⅳ的排放限值NOx从5.0降至3.5、 PM从1.0降至0.02（单位：g/kwh）。 • 国际上，通过进一步改进国Ⅲ发动机机内燃烧技术、再加上（SCR或（EGR+DPF））来实现。系统部件也较多，技术也非常复杂。

5. 一、前言 • 我国选用何种技术，主要有以下三个方面考虑： • 技术压力 • 国Ⅲ发动机及其国Ⅳ/Ⅴ升级考虑。并未完全掌握自主核心技术，为了满足新的法规要求，仍需寻求国外技术支持。 • 后处理技术，同样面临这个问题。 • 成本压力 • 原型机的成本压力，主要来自高压共轨供油系统。 • 后处理的成本压力，估计占产品的三分之一。 • 燃料中硫含量降低成本。硫含量降低至100ppm以下（或者50ppm以下）。 • 社会压力 • 基础结构:采用SCR技术带来一系列社会基础结构的改变：专用尿素、储存、供给等等。 • 燃料质量在各地区差异 • 作弊问题。

6. 一、前言 • CVEC组织其核心成员，围绕着目前国际上在重型柴油车排放控制的两个主流技术路线（SCR和（EGR+DPF）），进行探讨。目的是为中国柴油机的技术发展提供指导建议。 CVEC核心成员：车辆排气控制系统制造商。 特别感谢巴斯夫催化剂（上海）有限公司对本报告的贡献。

7. 二、满足国Ⅳ排放标准的系统及其选择 BOSCH公司 AVL公司 • 主要的两种排放控制技术系统((EGR+ DPF）和SCR )： • 从国际来看，无论哪种技术，都是成熟技术。都是通过进一步改进 欧Ⅲ发动机机内燃烧技术、再加上后处理装置。

8. 二、满足国Ⅳ排放标准的系统及其选择 • 美国的主流技术选择 • 早在2000年的时候，美国主要的柴油机制造商就宣布各自为满足US2007排放法规的技术路线将在SCR或EGR两个技术方案间作选择。截至目前，美国市场已经接受了EGR/DPF技术路线以满足US2007标准。美国EPA发布的采用SCR技术的轻型和重型柴油车申请排放证书的程序（EPA-HQ-OAR-2006-0886-0002）表明，也接受SCR技术。 • 欧洲的主流技术选择 • 在2003年7月，已经选择SCR技术来进一步减少NOx排放以达到标准。包括DAF，DaimlerChrysler，IVECO，MAN，RENAULT， SCANIA， VOLVO， • 目前在欧洲的一个明显趋势是，长途载重车通常选用SCR技术，而短途运输或者城市公交车则选择EGR/DPF技术。

9. 二、满足国Ⅳ排放标准的系统及其选择 • 导致不同主流系统选择的主因 • 美国 • 一直以来美国的燃油价格要比欧洲的燃油价格低，而尿素价格则相对较高。 • 一个原因是尿素的供应问题一直找不到一个合理的解决方案。 • US2007标准对新车提出了15万公里无维修的要求，SCR技术明显违背了这一要求。因为大约每5000公里，就要添加一次尿素。因此如果要采用SCR技术，还需要向美国EPA申请特别许可。 • 欧洲 • 主要是成本因素考虑产生这一现象的原因。 • 同时某些地方法规仍然限制没有加装颗粒过滤器的车辆不得进入市区。

10. 三、两种系统的技术和应用成本分析 带SCR的国Ⅳ排放典型控制系统 带DPF的国Ⅳ排放典型控制系统

11. 三、两种系统的技术和应用成本分析 注：其中绿色部分为明显的技术优势，黄色部分为相对的技术劣势。

12. 三、两种系统的技术和应用成本分析 满足更高排放的升级连续性分析

13. 三、两种系统的技术和应用成本分析 • 上述表格中七项技术不连续性的解释如下： • 增加用于降低NOx排放的尾气后处理SCR系统，同时需要引进尿素（AdBlue）供给系统。 • 引进带冷却的废气再循环系统（EGR）。 • 引进降低颗粒物排放的尾气后处理DPF系统。 • 与国Ⅲ相比，燃油系统具有更高的喷油压力 • 空气系统需具备提供高EGR率的能力，例如，可变涡轮几何面积（VTG）增压系统 • 将通透式被动再生的颗粒过滤器系统替换成壁流式主动再生颗粒捕捉系统 • 引进主动再生DPF的再生标定策略

14. 三、两种系统的技术和应用成本分析 • 燃油经济性比较 • 相对于国Ⅲ发动机，SCR国Ⅳ发动机可节约燃油5%，同时消耗尿素4~6%；到国Ⅴ阶段，SCR发动机尿素消耗增加到5~7%，但是燃油消耗可进一步减少到6%。 • 而EGR+DPF国Ⅳ发动机需多消耗2%的燃油。而到国Ⅴ阶段，EGR技术路线的尾气后处理装置需要进行主动再生，燃油消耗将进一步增加，预计比国Ⅲ发动机增加7% ； • 基础投入 • SCR面对的主要问题是尿素供应基础设施，而EGR面对的主要问题是如何解决低油硫的供应。

15. 四、国外排放法规执行经验 • 政府在基础设施建设中的推动作用 • 尿素基础设施建设很难一步实现商业化，初期政府的支持作用是不可或缺的。 • 以香港出租车天然气改造为例，最初因利润空间不足，垄断石油供应商拒绝建设天然气供应站。于是政府出台优惠政策，推动中小石油供应商首先建立天然气供应站，促进市场竞争的形成。当竞争到一定程度后，天然气供应站商业模式顺利建立完成。 • 低油硫柴油的供应。中国车用燃料柴油的现实际情况，也需要政府的支持。

16. 四、国外排放法规执行经验 • 尿素还原剂（AdBlue） • AdBlue 是一个商标名称，专门只满足于欧Ⅳ柴油车排放用的尿素水溶液（AUS32），从生产、存储到供应过程中的每一个环节的设备使用都要满足标准DIN70070。 • 欧洲的AdBlue基础设施建设和供应 • 目前在全欧洲范围内的加油站都可以买到尿素（AdBlue）。截止到2006年9月份，欧洲只有两家公司(OMV和TOTAL GROUP)在加油站建设自己的尿素（AdBlue）泵供应站。

17. 四、国外排放法规执行经验 可以看到，趋势不断增长，欧洲的尿素供应基础设施网络基本建成。

18. 四、排放法规执行经验 • 美国供应制度，主要责任在供应商，如： • 汽车分销商供应尿素还原剂。可由汽车制造商负责向其分销商提供足够用的尿素还原剂，当其汽车客户需要添加尿素时，可在其汽车分销商处购买到。 • 卡车服务站供应尿素还原剂。卡车制造商应负责在卡车服务站或其他公用加油站有足够的尿素供应，以满足卡车尿素添加的需要。 • 应急计划。汽车制造商应负责建立尿素供应应急计划，比如开通全天24小时服务热线，当用户需要添加尿素而无法在汽车分销商或其他可及地点得到时，可以拨打该电话。制造商应保证通过热线电话订购尿素的价格不能超过汽车分销商供应的尿素价格。

19. 四、排放法规执行经验 • 在用一致性监管 • 针对SCR排放法规的执行与管理，早先欧洲政府依赖于一套诚信系统；德国政府额外制定了一套激励措施。 • 现在，无论欧洲、美国，都开始依赖技术手段来控制排放法规被严格实施。要求车辆必须安装OBD系统，并且能够通过技术手段控制不满足OBD设计条件的车辆无法运行。如两种OBD控制策略法规要求： • 限制发动机启动次数策略。当尿素溶液减少到某一个最低水平时，系统设计发动机最多还可以重新启动的次数，当发动机重新启动的次数超过规定次数时，发动机将不能被重新启动，直到添加尿素为止。 • 在汽车加油时限制发动机启动。当尿素溶液减少到某一最低水平，如果在此时对汽车进行加油，而没有同时添加尿素，则加油后的汽车将不能被启动。 • 美国还针对“排放失效装置”(Defeat Device)，用 NTE（Not-To-Exceed）方法 ，保证车辆实际行驶工况下排放达标。

20. 四、排放法规执行经验 • 国内带SCR的重型车辆应用 • 北京现在大约有4500辆SCR公交柴油车。 • 由公交公司负责AdBlue供给。 • 其他个别城市也在试验这种技术车辆。 • 国内带EGR+DPF的重型车辆应用 • 国内也开始在实际试验这种技术的车辆，也属于3.5吨以上。

21. 五、总结及建议 • 对于国Ⅳ阶段，中国的重型柴油车有两条技术路线可以选择： • 如果尿素供应问题能够解决，则SCR无论从技术开发可行性方面还是从燃油经济性方面都是一个不错的选择。从目前看，应该为首选。 • 如果低硫柴油在全国范围内能够普遍供应，则EGR+PDPF（Partial DPF）将是一个不错的解决方案。目前，可以在一些条件较好的区域、一些特殊使用领域。毕竟技术相对不复杂，成本也不是最高。 • 在国Ⅳ阶段，不推荐用主动再生壁流式DPF技术。因为，首先排放水平还没有这种要求，同时对DPF的再生标定技术非常复杂， 而且成本高。

22. 五、总结及建议 • 政府应尽快结合中国国情来规范对SCR车辆的管理，规划和制定相应的法规。否则，如果SCR国Ⅳ汽车在没有尿素的情况下继续行驶，其真实的尾气排放将会更有害于环境。 • 政府可以考虑出台优惠政策，推动供应商积极投身国Ⅳ车辆的使用市场。无论是低硫燃油大规模生产、还是AdBlue供应链的建设 。 • 同时，可以借鉴美国管理经验，供应主要责任在供应商。

23. 谢谢大家关注!