柴油机排放控制 (2)

4D38CR柴油机国IV排放研究

的危害。由于柴油机大多颗粒小于0.3μm,且数量比汽油机高30－60倍，因而柴油机颗粒危害更大。

第三代BOSCH高压共轨系统，能精确控制喷射轨压（最大1600bar）、喷射流量、喷射时刻等。在电控EGR功能下及最佳控制参数下，有效控制柴油机燃烧状态，使裸机排放水平达到最佳状态，再通过后处理使排放达标。

2.2柴油车实现国Ⅳ排放2条技术路线对比

国Ⅲ发动机向国IV 过渡的难点是PM 和NOX排放同时降低。目前柴油机排放控制主要有：机前处理，机内净化以及后处理。机前处理通过改进燃油品质，主要降低PM的排放；机内净化有优化燃烧室，改进进气系统以及采用电控高压喷射技术等，目的是通过改善燃烧，减少NOX以及PM生成。后处理指利用各种过滤净化装置或催化转化器，对排气进行处理。 对柴油车实现国Ⅳ排放，现在公认比较成熟、能够实现重型柴油车国Ⅳ排放的技术路线有2种：EGR+DOC+POC(废气再循环＋微粒催化氧化器)和SCR(选择性催化还原)。 由于柴油机工作的特点，使微粒和氮氧化物两种主要排放污染物的生成出现了此消彼长的现象。在排放标准达到国Ⅳ之前，开发设计人员在控制柴油机燃烧时，可以在两者之间进行平衡，达到氮氧化物和微粒排放都不超过限值。但排放标准提升国Ⅳ之后，则需要机内控制结合机外后处理方式才能达标。

EGR+DOC+POC技术路线，是采用控制燃烧温度等手段在机内减少氮氧化物生成，再利用DOC+POC(微粒催化氧化器)对生成的微粒进行后处理。SCR技术是通过强化发动机机内燃烧来降低微粒的生成，然后利用尿素溶液对氮氧化物进行机外催化氧化。

从技术特点看，EGR技术可以有效降低燃烧过程中氮氧化物的生成，但需要改动原有国Ⅲ发动机的结构，增加废气再循环系统。由于引入温度很高的废气，增加了整个发动机的热负荷，不仅对发动机进气过程的冷却提出了更高要求，而且整个发动机的冷却系统散热能力也需要提高。同时，由于需要控制氮氧化物生成，对燃烧过程的最高温度和持续时间都必须进行严格控制，因此对发动机效率和经济性会产生一定的负面影响。

SCR技术在机内燃烧过程中不处理氮氧化物，而是通过强化燃烧降低微粒的生成。使用这种技术的发动机比采用EGR技术的发动机在动力性和经济性上要好，但由于提前角增大，造成发动机爆压增加，发动机可靠性下降，所以SCR技术还必须从新设计发动机可靠性。

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2.3 DOC+POC的工作原理

利用排放废气中残余的氧和排气温度，在催化剂表面进行氧化、还原反应，使有害物质CO、HC和NOx转变成无毒害的CO2、H2O和N2，从而减少了对环境的污染。

氧化催化器DOC安装在POC之前，DOC利用涂层中的有效催化成分(铂)使得排气中的CO、HC 与O2 发生氧化反应以降低CO和HC；同时将排气中的NO氧化成NO2，NO2与后面POC 收集的碳颗粒发生反应，达到连续降低PM 以及清理POC 中收集的干炭烟（DS）的作用。另外，DOC 还能氧化颗粒中的一部分可溶性有机物成分SOF。

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3 4D38CRD型柴油机国IV排放控制

3.1 试验机型参数及主要仪器设备

表3－1发动机基本参数

规格型号 排量(L) 进气方式 进气阻力(kPa) 缸数-缸径×行程（mm） 额定功率/转速（kW/r/min） 额定功率转速时每冲程燃料供给量(ml) 最大净功率/转速发 动 机 基 本 参 数 单缸进/排气阀数 容积压缩比 供油系统形式 发动机缸心距（mm） 喷油泵型号 喷油器型号 增压器型号 ECU电控单元（硬件）型号 ECU软件型号 中冷器形式、最高出口温度（℃） EGR型号 OBD型号 进1，排1 4D38CR 3.76 增压中冷 3 4－102×115 发动机编号 发火顺序 冷却方式 排气背压(kPa) 怠速转速（r/min） 最大扭矩/转速（Nm/r/min） 最大扭矩转速时每冲程燃料供给量(ml) 燃料及硫含量（10） 喷油器喷射压力（MPa） 缸体构造 最高空车转速（r/min） 燃烧室结构 发动机点火方式 喷油泵生产厂 喷油器生产厂 增压器生产厂 ECU电控单元生产厂 ECU软件生产厂 中冷器型号、生产厂 -6－ 1-3-4-2 液冷 40 800±30 365/1600-2400 0.06 95/3000 0.063 （kW/r/min） 气缸排列型式 90/3000 柴油，≤50 直列 160±50 龙门式 3300±50 开式燃烧室（ω形） 压燃 B0SCH B0SCH 宁波天力 BOSCH BOSCH —— 无锡隆盛科技有限公司 BOSCH

（17±1）：1 高压共轨 125 CB18 CRI HP55 EDC EDC 空-空中冷、50 4D38CR-07.03 EDC 7

EGR生产厂 OBD生产厂

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表3－2试验用主要仪器设备

名 称 测功机 油耗仪 排气分析仪 测试系统 烟度计 规 格 型 号 AFA250 735 CEB 200 Puma1.1.1 439 生 产 厂 家 奥地利AVL公司 奥地利AVL公司 奥地利AVL公司 奥地利AVL公司 奥地利AVL公司 3.2 ESC工况确定

根据GB17691-2005 《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）》附件BA确定ESC工况：

图3－1 发动机性能曲线

额定转速以上70%额定功率64.6kw所对应的发动机转速为nhi3150rpm。 额定转速以上70%额定功率46.2kw所对应的发动机转速为nlo1300rpm。 A转速=nhi+25%(nhi-nlo)=1763 rpm, A转速下外特性最大扭矩=355 N.m B转速=nhi+50%(nhi-nlo)=2225 rpm, B转速下外特性最大扭矩=352 N.m C转速=nhi+75%(nhi-nlo)=2688 rpm, C转速下外特性最大扭矩=320 N.m

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表3－2试验用主要仪器设备 发动机ESC工况号 r/min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 怠速 A B B A A A B C C C C C % － 100 50 75 50 75 25 100 25 100 25 75 50 0.15 0.08 0.10 0.10 0.05 0.05 0.05 0.09 0.10 0.08 0.05 0.05 0.05 转速 负荷百分数 加全系数 r/min 750 1763 2225 2225 1763 1763 1763 2225 2225 2688 2688 2688 2688 N．m 0 336 159 238 168 252 84 317 79 280 70 210 140 kw 0.0 62.0 36.9 55.4 31.0 46.5 15.5 73.9 18.5 78.8 19.7 59.1 39.4 转速 扭矩 功率 3.3试验边界条件

1 2 3 4 5 中冷后温度 排气背压 最大进气阻力 水温 燃油温度

额定功率下<50℃ 额定功率下<40kpa(考虑到后处理情况) 额定功率下<3kpa 75－85℃ 38±5℃ 9

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