輕型柴油車國六尾氣處理技術比較

劉宇 張海沖

摘要：隨著全球對環境污染問題的日益重視，對于汽車尾氣排放水平要求越來越嚴苛，特別是NOx（氮氧化合物）目前國內部分城市已提前實施國六排放標準，輕型柴油車為滿足尾氣處理要求，各大車企應用了不同的尾氣處理技術。本文對國內外已有的幾種尾氣凈化技術進行比較，并對未來的柴油車尾氣凈化技術進行展望。

關鍵詞：輕型柴油車;國六排放;尾氣處理技術

中圖分類號：X734.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0053-02

0? 引言

如何有效地協同凈化輕型柴油車尾氣中的NOX污染物，增加SCR裝置是尾氣污染處理的方向。然而由于國六排放法規要求嚴格，僅增加SCR裝置體積需更大，布置空間不足無法在輕型柴油車上應用，為解決此問題，必須增加另一種體積小的裝置或在原有技術路線上進行升級以達到柴油車應用目的。本文將比較現有的國六車NOx凈化技術，以期對汽車行業尾氣治理提供借鑒和參考。

1? 法規要求

國家環保部2016年12月31日發布輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）GB18352.6-2016，替代了GB18352.5-2013，并將于2020年7月1日起實施，其中國六法規分為國六a階段和國六b階段，尾氣限值最大變化在于NOX，兩個階段分別對NOx實施了70%和39%加嚴（如表1所示），同時增加了RDE要求。

原國五階段NOX污染物由發動機EGR技術機內凈化解決，尾氣限值加嚴后行業內輕型柴油發動機EGR路線無法做到國六水平，倒逼行業做升級技術。

2? NOX尾氣處理技術原理比較

目前NOX尾氣處理技術有兩種，一種是LNT路線（也稱NSC），另一種是SDPF（也稱SCRF）路線，兩條路線共同之處是都附帶有SCR裝置，均為在SCR裝置的基礎上進行NOX轉化能力的補充。2014年歐洲實施歐六法規以來，LNT在歐洲是主流路線，技術成熟，如圖1所示。目前在國內主流主機廠由于開發較早借鑒了歐洲技術路線采用LNT方案，其他主機廠以SDPF路線為主，不過近期行業正在向SDPF路線傾斜，下面將會著重闡述兩種路線的幾大優劣勢，以及行業內技術路線趨勢變化的原因。

首先需要了解下兩種路線的原理，LNT路線在原理上分為兩個階段，①捕集階段：（1-2min）稀燃狀態（氧氣多），在Pt的催化作用下，NO 與O2反應生成NO2，并以硝酸鹽的形式吸附在催化器表面;②還原階段：（2-5s） 濃燃條件下，HC 和CO 把硝酸鹽分解釋放出的NOX，在Rh作用下與CO，HC和H2反應生成N2，CO2和H2O，并使堿金屬再生。如圖2所示。

SDPF路線原理為在DPF（顆粒捕集器）上涂有SCR涂層催化劑，涂層材料為銅基分子篩，無貴金屬，在原有DPF捕集碳顆粒的基礎上增加了NOX轉化能力，相當于第一級SCR，系統通過在尾氣中噴射尿素，NOx在催化劑的催化作用下與分解出的NH4進行反應生成N2和H2O，達到凈化目的。如圖3所示。

3? NOX尾氣處理技術優劣勢比較

LNT路線：優勢在于體積小，整車易布置，NOX轉化效率高;劣勢也很明顯LNT對硫元素較敏感極易產生硫酸鹽，因此會進行去硫（DeSOx）操作，去硫階段發動機尾氣溫度需要進行控制，一般將超800℃，持續時間10min，對發動機本體的熱負荷考核較大，對硬件的要求較高，稍有控制不好，LNT將會快速發生劣化耐久性將大打折扣（如圖4所示），因此對LNT路線整車的標定難度極大，歐洲雖已應用成熟，但國內標定公司在2018年前還未完全掌握此技術，國內博世公司也在學習，技術并不成熟。同時因脫硫過程會經歷高溫，國內常規柴油機硬件水平還不能推廣應用，為此選擇LNT路線的廠家發動機硬件成本也會上升，同時LNT本身成本相比SDPF更高。

SDPF路線：劣勢在于DPF需要選擇高孔隙率載體（>60%），常規DPF無法滿足，目前國內外僅日本NGK，美國康寧兩家公司才能達到成熟應用，因工藝技術難度高，國內廠家該類產品仍處于研究階段沒有應用案例，因此成本較高，但相比LNT成本也是有優勢的;同時因為要在高孔隙率載體吸附銅基分子篩，SDPF整體背壓也較大;受涂層溫度所限，需要保證SDPF內部溫度低于850℃，因此最大碳載量需要降低，由此車輛的再生里程也會受到較大影響;對于排放性能來說，冷啟動階段轉化效率不高，不過可以通過提高排溫進行彌補;最大的優勢在于始終可以在適當的溫度區間正常工作，且標定難度不高，目前國內主流標定公司均可對其進行標定。

國內最大的標定公司博世，對LNT和SDPF路線都進行過標定，且項目都已順利投產，兩到三年的開發周期，博世公司汲取了足夠的經驗，不過在對比兩條技術路線后，博世提供的數據也展示了LNT路線的主要缺點：復雜的標定控制和催化劑的劣化問題。

4? 尾氣處理路線關注要點

由于LNT路線帶來的技術難度和催化劑老化問題，行業內尾氣處理路線在向SDPF路線轉變，但不管是LNT還是SDPF路線對于主機廠來說開發過程需要關注的重點有以下幾點：

①最重要的LNT涂層劣化問題，由于LNT的特性，極易出現硫中毒，同時如果整車出現頻繁的去硫操作對發動機的硬件是極大考驗;

②LNT路線也需重點關注機油稀釋，因為頻繁的NOx吸附和釋放過程需要尾氣溫度和lambda控制，對機油會造成影響;

③SDPF需重點關注DPF涂覆后的一致性，目前各大主機廠國六產品均已投放市場，有部分車企出現了SDPF流阻散差問題，原因在于高孔隙率DPF載體孔隙無法做到很好的均勻性，涂覆后流阻會進一步加大，整車上將表現出頻繁再生的問題，目前通過標定技術可以進行彌補解決。

5? 結論

盡管當前國內LNT和SDPF路線均已應用，但相比各自優劣勢，結合國內主流標定公司建議，LNT路線在未來輕型國六柴油機車上將會慢慢減少應用，與LNT路線相比，SDPF更具有應用價值，成本低，技術難度相比更低，標定難度小是其最大優勢，預測會在未來的正式國六b（W/RDE）項目上成為行業內應用發展的重要方向。

參考文獻：

[1]GB18352.6—2016，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[S].

[2]QC/T829-2019，柴油車排氣后處理系統技術條件[S].

[3]李金海.國Ⅳ柴油機排放開發與標定研究[D].天津大學，2013.