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當國III排放標準的爭議喧囂還在進(jìn)行之際，國IV、國V標準也漸漸進(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(xiàn)，才有機會(huì )把握未來(lái)的市場(chǎng)主動(dòng)權。
為了保護環(huán)境，世界各國相繼出臺了控制機動(dòng)車(chē)尾氣排放的法規。對于重型柴油機，為了應對日趨嚴格的排放法規，單純的機內凈化已很難滿(mǎn)足要求；更多地是將其 與機外凈化（后處理）措施相結合。在中國，隨著(zhù)國Ⅲ法規的實(shí)施，國Ⅳ甚至國Ⅴ也漸行漸近，對企業(yè)而言，在省油時(shí)代，選擇合適的后處理技術(shù)路線(xiàn)已迫在眉睫。
國內外排放法規及應對方案
無(wú)論是歐洲還是美國，對于未來(lái)即將實(shí)施的新標準，都主要針對NOx和PM排放采取了更為嚴格的限制。在中國，重型柴油車(chē)國Ⅲ/國Ⅳ/國Ⅴ排放標準已于 2006年發(fā)布，技術(shù)內容等效于歐洲相應技術(shù)法規。預計在中國實(shí)施時(shí)間分別是2008年、2010年和2012年，北京市在2008年已經(jīng)開(kāi)始執行國Ⅳ標準。
為了既滿(mǎn)足日趨嚴格的排放法規，又降低柴油機的油耗，通常需要考慮以下三個(gè)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．柴油機機內凈化
機內凈化技術(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(mén)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)化燃燒室結構和參數的相關(guān)技術(shù)等。
圖2 EGR+DOC+DPF系統原理圖
3．柴油機機外凈化
在幾近苛刻的歐Ⅳ/國Ⅴ排放法規面前，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(lái)控制排放。國際上，絕大部分發(fā)動(dòng)機制造商都是在改進(jìn)歐Ⅲ發(fā)動(dòng)機的基礎上，再加上SCR或EGR+DOC+DPF等后處理系統來(lái)實(shí)現的。
后處理技術(shù)路線(xiàn)
1.選擇性催化還原SCR
SCR系統是通過(guò)機內凈化降低PM排放，然后利用SCR系統降低NOx排放，從而滿(mǎn)足國Ⅳ乃至國Ⅴ排放法規對于PM和NOx的限制?；竟ぷ髟砜蓞⒁?jiàn)圖1。
2.廢氣再循環(huán)EGR
對于EGR系統，通過(guò)EGR將NOx排放降低到標準要求以下，通過(guò)DOC（氧化催化劑）或者DOC+DPF（顆粒物過(guò)濾器）將TPM（總顆粒物）排放降低到滿(mǎn)足標準的要求?；竟ぷ髟砜蓞⒁?jiàn)圖2。
EGR系統有以下幾種形式：
（1）EGR+DOC：通過(guò)EGR降低NOx排放，同時(shí)大幅提高噴油壓力并增加DOC以降低TPM排放。斯堪尼亞在EGR基礎上，將噴油壓力增加到220MPa以上，再加上DOC，實(shí)現了歐Ⅳ排放。
圖3 主動(dòng)再生DPF和被動(dòng)再生DPF工作原理示意圖
（2）EGR+DOC+DPF：根據過(guò)濾器再生方式不同，又分為主動(dòng)再生型和被動(dòng)再生型，參見(jiàn)圖3。
①主動(dòng)再生型：通過(guò)發(fā)動(dòng)機缸內后噴燃油或者在排氣管中噴入燃油，燃油在DOC內燃燒提供DPF再生所需要的高溫，從而達到減少DPF內顆粒物的目的。目前，歐美都以主動(dòng)再生技術(shù)為主。
②被動(dòng)再生型：廢氣中的NO在DOC內反應生成NO2，NOs與碳粒反應達到被動(dòng)再生的目的。該技術(shù)曾被廣泛使用于歐美在用車(chē)改造；但是，由于被動(dòng)再生需 要低硫燃油，同時(shí)還受到發(fā)動(dòng)機工況、負載以及排溫的影響，所以在安裝被動(dòng)再生系統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(dòng) 再生技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越少。另外，也有制造商使用EGR+DOC+POC（流通式顆粒捕集器）系統作為一種過(guò)渡技術(shù)達到歐Ⅳ排放。該系統需要與被動(dòng)再生DPF 相同的工作條件。
不同技術(shù)路線(xiàn)之比較分析
表對可實(shí)現國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(dòng)機本身、后處理系統、對燃油和機油的要求以及經(jīng)濟性能等四個(gè)主要性能進(jìn)行了比較。
通過(guò)比較，我們不難得到如下結論：
1. SCR系統
對發(fā)動(dòng)機本體改動(dòng)小，發(fā)動(dòng)機耐久性好，燃油經(jīng)濟性好，對燃油油品和機油品質(zhì)要求較低，沒(méi)有催化器堵塞的風(fēng)險，技術(shù)升級連續性較好，不需要噴油再生控制裝置 （相對主動(dòng)再生DPF），對發(fā)動(dòng)機的使用和維修保養費用較低。但是，SCR系統需要增加尿素噴射系統，對封裝的要求也比較高。SCR系統需要解決的是尿素 供應的問(wèn)題。
2. EGR+DOC+DPF系統
對于被動(dòng)再生系統而言，油耗偏高，需要增加EGR及其冷卻系統，需要超低硫含量的燃油以及高品質(zhì)潤滑油，對發(fā)動(dòng)機本身及后處理的維護保養要求較高，否則會(huì )影響發(fā)動(dòng)機壽命并可能造成催化器堵塞風(fēng)險，技術(shù)連續升級性較差。不過(guò)，被動(dòng)再生系統不需要增加尿素噴射系統，對封裝的要求也較低。對于主動(dòng)再生系統而言， 除了要滿(mǎn)足上述被動(dòng)再生系統的要求之外，還需要增加噴油再生裝置并做更復雜的標定，增加了開(kāi)發(fā)成本以及標定難度。 EGR+DOC+DPF系統的主要問(wèn)題是如何解決全國范圍內低硫柴油的供應和更復雜的系統標定問(wèn)題。
國外技術(shù)選擇及執行經(jīng)驗
從國外的實(shí)際情況來(lái)看：在歐洲，大部分國家選擇SCR作為主流的技術(shù)路線(xiàn)；在美國，則主要選擇EGR+DOC+DPF技術(shù)路線(xiàn)。
歐洲的大部分廠(chǎng)商之所以選擇SCR技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足歐Ⅳ/歐Ⅴ排放標準，主要是出于成本因素，歐洲的燃油價(jià)格很高，SCR技術(shù)較好的燃油經(jīng)濟使該技術(shù)成為首選。 當然，在有些地方仍然需要采用EGR+DOC+DPF技術(shù)，因為某些地方仍然規定未加裝顆粒過(guò)濾器的車(chē)輛不得進(jìn)入市區。
而目前美國主要采用主動(dòng)再生EGR+DOC+DPF技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足US2007排放法規。原因在于，美國的燃油價(jià)格比較低，尿素供應系統及其相關(guān)基礎設施建設 尚未健全；同時(shí)，US2007HDD標準提出了新車(chē)240 000 km無(wú)維修的要求，這也在一定程度上阻止了SCR技術(shù)在美國的應用，因為使用SCR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)，需要申請特別許可。不過(guò)，最近美國EPA發(fā)布了認證SCR技術(shù)的輕型和重型柴油車(chē)申請排放證書(shū)程 序（EPA-HQ-OAR-2006-0886-0002），表明美國市場(chǎng)也開(kāi)始使用SCR技術(shù)。
對于要求更高的歐Ⅵ以及美國EPA2010排放標準，單純的靠SCR或者EGR+DOC+DPF技術(shù)都很難達到要求，必須把兩者相結合才能滿(mǎn)足要求。最 近，戴姆勒宣布其Blue Tec系統將采用SCR技術(shù)以滿(mǎn)足美國EPA2010標準；而康明斯近日也宣布在其中型柴油機上使用SCR技術(shù)以滿(mǎn)足EPA2010。
尚待解決的幾個(gè)問(wèn)題
對于低硫柴油的供應，政府須起到督促和促進(jìn)的作用。歐洲計劃將從2009年起在歐洲全面使用無(wú)硫柴油（硫含量低于10ppm），實(shí)施時(shí)間比原計劃提早了兩年。美國環(huán)境保護署規定從2007年開(kāi)始，硫含量必須低于15ppm。而我國歐Ⅳ的柴油標準還待盡快出臺。
尿素供應可以參考國外的相關(guān)經(jīng)驗，比如在歐洲是由尿素生產(chǎn)商、車(chē)輛制造商、石油公司甚至一些物流公 司共同來(lái)負責。目前，在整個(gè)歐洲已有6 000多個(gè)尿素供應點(diǎn)。比如，在服務(wù)區、車(chē)輛維修站、加油站以及汽車(chē)專(zhuān)賣(mài)店等地點(diǎn)供應尿素還原劑?？衫帽銛y式的尿素罐來(lái)供給尿素（常見(jiàn)如5L、10L和 18L）；也可以設置和加注燃料一樣的尿素泵，供給尿素。對于卡車(chē)車(chē)隊或者公交公司等，可以在本單位內部設置中小型的散裝容器，儲存尿素以備使用?？晒┻x 擇的有中型散裝容器以及小型散裝容器。
在美國，尿素供應制度主要責任在供應商，有以下幾種方式：
1.汽車(chē)分銷(xiāo)商供應尿素還原劑
可由汽車(chē)制造商負責向其分銷(xiāo)商提供足夠用的尿素還原劑，當其汽車(chē)客戶(hù)需要添加尿素時(shí)，可在其汽車(chē)分銷(xiāo)商處購得。
2.卡車(chē)服務(wù)站供應尿素還原劑
卡車(chē)制造商應負責在卡車(chē)服務(wù)站或其他公用加油站有足夠的尿素供應，以滿(mǎn)足卡車(chē)尿素添加的需要。
3.應急計劃
汽車(chē)制造商應負責建立尿素供應應急計劃，比如開(kāi)通全天24h服務(wù)熱線(xiàn)，當用戶(hù)需要添加尿素而無(wú)法在汽車(chē)分銷(xiāo)商或其他可及地點(diǎn)得到時(shí)，可以撥打該電話(huà)。
國Ⅳ/國Ⅴ技術(shù)路線(xiàn)的選擇
在中國，為了滿(mǎn)足國Ⅳ/國V排放法規，需要找到一條既經(jīng)濟又可行的適合中國國情的后處理技術(shù)路線(xiàn)。我國在技術(shù)路線(xiàn)選擇時(shí)需要考慮以下幾方面問(wèn)題：一、國Ⅲ發(fā)動(dòng)機及其國Ⅳ、國Ⅴ升級，我們還有很長(cháng)的路要走。二、國Ⅳ及國Ⅴ發(fā)動(dòng)機，不僅要配備電控高壓共軌系統，還要配備排氣后處理系統以及OBD系統。目前，相 應技術(shù)和產(chǎn)品在中國還處于起步階段，成本較高。隨著(zhù)國Ⅳ排放的普及，相應的產(chǎn)品批量供貨之后，預計成本方面的壓力會(huì )有所減輕。三、國Ⅳ法規的實(shí)際執行存在 管理難度，此外還有國Ⅳ車(chē)輛的生產(chǎn)一致性以及在用車(chē)符合性監管，尿素的使用以及低硫柴油的供應等問(wèn)題。
SCR系統和EGR+DOC+DPF系統比較
從北京奧運會(huì )期間國Ⅳ實(shí)施的實(shí)際情況來(lái)看，北京成功運行了約4 500輛采用SCR技術(shù)的公交柴油車(chē)，由公交公司負責尿素供給。沈陽(yáng)、杭州、廣州等其他城市也在試驗這種車(chē)輛。
玉柴對配置YC6L (177kW) 發(fā)動(dòng)機的公交車(chē)運行在城區和城郊工況下的節能、減排效果進(jìn)行了測試。初步測試結果顯示：一、使用國Ⅳ發(fā)動(dòng)機相對國Ⅲ同型號發(fā)動(dòng)機，油耗下降3 060t/（年千臺），NOx排放下降720（城區）～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(dòng)機相對國Ⅲ同 型號發(fā)動(dòng)機，油耗下降3060t/（年千臺），NOx排放下降780（城區）～964（城郊）t/（年千臺），PM排放下降3.6t/（年千臺）；三、春 秋季節尿素消耗量在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計算，單車(chē)年消耗尿素720L。
從國外的實(shí)際情況看，無(wú)論是選取SCR還是EGR+DOC+DPF的路線(xiàn)，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(xiàn)，筆者有以下建議：
1.首先考慮SCR技術(shù)路線(xiàn)
綜合考慮各種因素，采用SCR技術(shù)應該是符合中國國情的首要之選。主要是因為：
（1）采用SCR技術(shù)的國Ⅳ/國Ⅴ發(fā)動(dòng)機燃油經(jīng)濟性好。
（2）SCR技術(shù)對發(fā)動(dòng)機改動(dòng)小。
（3）SCR國Ⅳ/國Ⅴ發(fā)動(dòng)機對燃油和機油要求較低。
（4）SCR在技術(shù)升級連續性上具有優(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建設尿素基礎設施的條件。
2.其次考慮EGR技術(shù)路線(xiàn)
因為主動(dòng)再生EGR+DOC+DPF技術(shù)TPM轉化效率遠遠高于國IV法規限值的要求，而主動(dòng)再生標定技術(shù)非常復雜，發(fā)動(dòng)機開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)，成本也較大，所以國IV階段可暫不考慮。
而作為過(guò)渡階段的被動(dòng)再生EGR+DOC+POC技術(shù)，因為被動(dòng)再生受到許多發(fā)動(dòng)機使用工況的限制，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(chē)輛使用工況能夠滿(mǎn)足再生要求的情況下使用。但需要有效的監控管理策略，以防止在實(shí)際使用中，因過(guò)濾器沒(méi)有及時(shí)再生而失效，導致尾氣 TPM排放遠遠超出國IV標準，不妨將此當作一種備選方案。
考慮目前中國的油品質(zhì)量狀況，如果發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)能夠提升發(fā)動(dòng)機本身的技術(shù)，通過(guò)更先進(jìn)的機內凈化技術(shù)得到更好的發(fā)動(dòng)機原始排放，再通過(guò)EGR+DOC技術(shù)輔助減少較小比例的TPM，則該技術(shù)無(wú)疑也是一個(gè)適應中國地域寬廣，使用環(huán)境多樣化的不錯技術(shù)。
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