自2015年1月1日国家强制柴油车实施国IV排放标准以来，柴油机国IV排放技术受到人们的广泛关注。本文在探讨国IV柴油机使用后处理系统必要性的基础上，对SCR后处理系统及EGR+DPF系统的原理进行了分析，并讨论这两种柴油机国IV技术路线的区别。
    随着国家经济及汽车工业的飞速发展，我国的汽车数量急剧增加。据最新调查显示：截至2014年末，除三轮汽车和低速货车之外，国民用汽车保有量达到14 475万辆，干人保有量首次超过百辆，达到105.83辆／千人。汽车数量的不断增加势必导致能源消耗的不断增大，同时也带来了严重的环境污染问题。汽车废气排放物主要成份为：一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）、碳氢化合物（HC）以及由碳烟、氧化硫及附着的HC等组成的微粒（PM）。如果这些汽车废气被大量排入空气中，人类的健康将受到极大的危害。例如：废气中CO能危害人的中枢神经系统。根据人体吸入CO浓度与时间的不同，轻者出现头晕、恶心及头痛等症状，严重者出现心血管工作困难，甚至死亡。从环境容量来看，我国每年的氮氧化合物（NOx）排放上限为1 880万吨左右。按照目前的发展趋势，到2020年，NOx将达到3 500万吨。这些氮氧化合物中的NO2是一种具有强烈刺激性的棕红色有毒气体，能降低血液的输氧能力，对人体的心脏、肝及肾产生严重危害。因此，对机动车辆的废气排放进行严格限制是很有必要的。

    一、国IV柴油机使用后处理系统的必要性
    国家排放法规参照欧洲的排放标准主要对HC、 CO、NOx和PM做了相关的规定，其中降低NOx和PM的排放是每个发动机厂家都重点关注的目标。燃烧系统是排放能否达标的关键，也是排放控制首要关注的对象。传统的排放控制理论主要是通过如下方法来达到排放标准：（1）通过降低初始燃烧温度来减少NOx；（2）通过提高燃烧速度来降低微粒物排放；（3）通过缩短扩散燃烧周期来降低微粒物排放和改善燃油经济性。在燃烧室高温及氧气充足的情况下，PM排放量大大减少，燃油经济性得到了改善，但N Ox却被大量地产生出来。通过优化进气涡流及燃烧室、提高喷油器喷射压力及采用小孔径多孔喷射的方法缩短喷雾液相长度等一系列的燃烧优化手段，并在PM排放量及NOx排放量之间寻求一个最佳匹配，柴油机能够满足国川及国III以下排放法规的要求。但事实证明，仅通过机内燃烧优化的手段，而不考虑机前优化以及机外废气净化的后处理系统，柴油机的废气排放已经无法满足严格的国IV排放法规的要求。尽管后处理系统增加了汽车的制造成本，但汽车废气排放要想满足国IV排放要求，必须将PM和NOx进行解藕。也就是说，在保证燃油品质的前提下，通过增加后处理系统并按一定的先后顺序对PM及NOx进行分别处理，使汽车废气排放最终能满足国IV排放要求。

    二、柴油机国IV技术路线
    柴油机国IV技术路线实际上是基于PM和N Ox解藕思路上的技术路线。目前，在柴油机上广泛应用的国IV技术路线主要有两种，即SCR技术路线和EGR+DPF技术路线。SCR技术路线先通过机内燃烧优化降低PM排放量，提高燃油经济性，然后再通过SCR后处理系统来处理柴油机废气中的NOx，从而满足国IV排放标准。EGR+DPF技术路线对PM与NOx的处理过程与SCR技术路线恰好相反，即先通过废气再循环降低NOx的排放量，然后再用DPF处理废气中的PM。两种技术路线达到国IV排放标准的路径如图1所示。

    三、SCR后处理系统
    SCR后处理系统为选择性催化还原系统，英文全称为：selected catalystic reduction，主要用于择性催化还原NOx。它的主要原理是将添蓝溶液（adblue，质量浓度为32.5％的尿素水溶液）喷人排气管内，尿素受热后分解成NH3和CO 21然后NH3将NOx催化还原成N2和H20. SCR后处理系统中的主要化学反应方程式如下：
    1．尿素分解
    （NH 2）2CO＋H2O一＞2NH3＋CO2
    2．催化器内的还原反应
    2NH3＋NO+ NO2一＞2N2＋3H2O
    4NH3＋4NO+O2一＞4N2＋6H2O
    4NH3＋2 N O2+O2一＞3N2＋6H2O
    根据数据统计：在达到国IV排放的重卡车型中，BOSCH的SCR喷射系统独占鳌头，其次是浙江银轮、苏州派格力、无锡凯龙和TENNECO厂家的SCR喷射系统；在工程机械车领域，配套的SCR后处理系统几乎全部都被格兰富占领；而客车及运输车领域几乎全部是BOSCH的SCR喷射系统的身影。但是不管SCR后处理系统配套的是BOSC日喷射系统还是格兰富尿素泵，它们都是以催化还原NOx，降低汽车废气中的NOx排放为目的而形成的一整套控制系统。SCR后处理系统由尿素泵、添蓝罐、DCU.温度传感器、NOx传感器、喷嘴、催化消声器以及一些线束和管路等组成。SCR后处理系统原理图如图2。

    添蓝罐内部通常都集成了温度传感器、液位传感器以及用于引入柴油机热水对添蓝进行加热以防止结冰的水管。当液位传感器检测到添蓝罐内的添蓝低于某个等级（如20%）时，后处理系统会激活故障灯来提醒驾驶员注意。如果添蓝罐内添蓝的液位太低（如低于10%）、 DCU此时会激活排放故障灯，并通过CAN总线告知ECU激活减扭矩功能，对柴油机进行减扭矩处理。NOx传感器安装在催化消声器的下游，主要用于测量汽车废气中的NOx含量，并通过CAN总线将检测到的信息传递给控制器。当NOx传感器检测到汽车废气中的NOx排放高（如超过7g/（kW·h））时，NOx传感器通过CAN总线发布信息，DCU立即激活排放故障灯，同时ECU对柴油机进行减扭矩处理。由于尿素的熔点在132.7℃，需要加热至160℃才分解并产生出NH3，因此为防止过多未及时分解的尿素在排气管内结晶，SCR后处理系统只有在催化器前温度传感器检测到（或DCU根据MAP估算到）催化消声器上游的排气温度大于200℃时才允许添蓝喷射到排气管内。一般情况下，添蓝的消耗量是柴油消耗量的3％～7%。

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