多项先进技术助力欧洲排放升级

 

国务院办公厅于近日颁布了《关于加强内燃机节能减排的意见》（以下简称《意见》），为做好文件颁布后的落实工作，在《意见》起草上报后，中国汽车工业协会于1月份组织部分专家组成技术考察团赴欧洲进行考察。分别走访了荷兰TNO、德国META和FEV、奥地利AVL研究所和英国Ricardo研究所，以及德国Huber公司，对欧洲今年开始实施的欧Ⅵ排放标准的情况及其主要技术路线进行访问和交流。

 

此次赴欧考察的任务主要是为了了解以下内容：1.现代内燃机发展趋势；2.乘用车用汽油机缸内直喷增压技术；3.乘用车柴油机技术；4.低摩擦技术的应用；5.模块化技术的趋势；6.全球内燃机产品节能减排技术路线趋势；7.配套不同用途的匹配标定技术；8.未来15年欧洲内燃机技术路线发展趋势。

 

弃用矾基催化 调整检测方式

 

实施欧Ⅵ技术路线，欧洲普遍认同“高压共轨燃油喷射系统（压力高达250MPa）+可变几何截面增压器+冷却的高压废气再循环（EGR）+分子筛式选择性还原（SCR）+柴油过滤器（DPF）”的技术路线。

 

需要说明的是，国际上普遍认同的选择性还原技术SCR在消除柴油机氮氧化物方面有很令人满意的效果，针对我国的国Ⅳ排放，多数内燃机企业就采用这种技术。但是，与早年的欧洲相同，我国现在采用的钒基（V2O5）SCR催化剂，该催化剂的高效反应温度为160℃~450℃。但是采用分子筛式催化剂的反应温度为160℃~600℃。除了温度不同之外，欧洲现在不用钒基催化剂的另一个重要原因是它毒性较高。在工作过程中，由于排气的动力作用，特别是低温时废气形成的液态水会将催化剂带到空气中，从而对环境造成污染。

 

欧洲在实施欧Ⅳ标准过程中发现矾基SCR催化剂存在这些问题后，现已改用铜或铝等材料的分子筛作催化剂。这是我国内燃机行业需要特别注意的地方。目前我国的SCR催化剂几乎完全依靠国外供应，要防止国外把大量的退出市场的钒基催化剂拿到我国市场上来。

 

另外，对于欧Ⅵ的实施，欧洲正面临检测方法的转变，将调整目前采用的瞬态检测（ETC）覆盖的负荷范围。现有的测试工况更多注重满负荷工况，低温仅达到-7℃，而实际运行工况远超此范围。在实施欧Ⅳ及以上的排放标准时欧洲发现，通过认证的车辆在实际运行中排放却很不理想，主要是运行工况与测试工况偏差太大而造成的尾气排放不理想。尤其是SCR系统，在应用于公交车辆时转化效率不高，难以发挥其作用。为了让检测更加符合实际运行状态，它们正在考虑扩大测试工况范围，甚至扩展到高海拔工况。

 

技术路线多样 SCR为主

 

考察中发现，除上述技术路线之外，欧洲实现欧Ⅵ排放标准还有其他一些方法，比如低氮氧化物捕捉器（LNT-Lean NOx Traps）或稀氮氧化物催化转化器（Lean NOx Catalyst），以及碳氢选择性还原（HC-SCR）技术等。前二者通过将NOx吸附在捕捉器内，然后在催化剂（如氧化钡BaO）协助下，利用氧气使其反应生成硝酸钡，再利用喷油形成浓混合气对吸附物进行还原。后者则是在发动机内或排气口处喷射碳氢燃料，形成浓混合气，形成还原氛围，从而减少氮氧化物。

 

这些技术路线的一个共同特点是燃料经济性不好，喷进排气中用于还原的燃料都只能作为还原剂使用。另外，这些技术路线采用的催化剂对燃料中的硫含量都很敏感。好在欧洲现行的燃料标准中含硫量很低（10ppm），可以满足其使用要求，但是燃料经济性会受到影响。

 

因此，用尿素作为还原剂的SCR依旧是欧洲主流的技术路线。欧洲各地的加油站内，尿素加注装置随处可见。比较一下价格，消耗50欧元的燃料，大约需要1欧元的尿素，即燃料：尿素（AdBlue）为50:1。相对而言，尿素的使用成本不高，但在采用SCR技术之后，车辆的燃油经济性会较之前提高5%左右。因此，采用尿素作为SCR还原剂，用户还是可以接受的。

 

柴油机持续增长

 

欧洲认为，为了减少温室气体排放，柴油机仍将是未来几十年的主流。柴油车今后发展的技术路线有：发动机高功率密度化，即进一步提高柴油机的升功率；采用高燃油喷射压力；提高气缸燃烧压力；采用高低压的EGR；启停技术；热管理；降低发动机转速；减少摩擦；轻量化；混合动力；减少整车重量和减少风阻。据此，还具有进一步减少35%的二氧化碳排放的潜力。

 

汽油机技术则以小型化为主，采用缸内直喷技术，结合增压、缸内直喷和EGR技术。此外，与柴油机一样，也在发展：启停技术；热管理；降低发动机转速；减少摩擦；混合动力；减少整车重量和减少风阻开展工作。欧洲的汽油机已经以缸内直喷为主流。

 

在先进技术应用方面，欧洲还在积极探索：1.全系统最佳匹配，将动力总成、后处理和发动机热管理综合一起进行优化管理；2.节能与后处理系统集成系统，兼顾降低油耗和清洁排放；3.确保实际排放控制与标定的一致性和可靠性，减少标定工作量；4.燃烧闭环控制（C3-Closed-loop Combustion Control）；减少动力输出波动，避免爆震和失火，提高发动机稳定运行范围；5.进一步提高燃油喷射压力，欧洲商用车柴油机的喷射压力已达到250MPa，还有进一步提高的趋势。