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柴油机SCR与EGR


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综 述

柴油机 SCR 与 EGR+ 两大排放控制技术路线 研发生产和应用成本对比分析
司 康
当今业内众所周知,为了满足欧Ⅳ~欧Ⅵ排放 法规,欧美中重型商用车及柴油机企业主

要采用了 两条排放控制技术路线:其一是 “优化燃烧 +SC R ( 选择性催化还原) ” 技术路线, 简称 SC R 路线, 它是 通过优化喷油和燃烧过程,尽量在机内控制微粒 PM 的产生, 而在机外后处理过程中, 采用尿素溶液 对氮氧化物 N O x 进行选择性催化还原, 这一技术路 线在欧洲占主流,欧洲长途载货车几乎全部采用这 一方案; 其二是“E G R +D O C / D PF/ PO C (废气再循环 + 柴油氧化催化器 /柴油颗粒过滤器 /颗粒氧化催 化器) ” 技术路线, 其中以 “E G R +D PF ” 应用最广泛, 简称 E G R + 路线, 它以废气再循环为基础, 在机内抑 制 N O x 的产生, 在机外后处理过程中采用柴油氧化 或柴油颗粒过滤器 (当今主流)、 或颗粒氧 催化器、 化催化器对 PM 进行氧化催化或过滤捕捉,这一技 术路线在北美市场占主流 (欧洲短途运输和城市公 交车也主要选择此方案)。 两种技术路线各有优缺点,笔者在近期发表的 “欧Ⅳ及之后中重型柴油机排放控制两大主要技术 路线对比评介 ” 一文中有过很详细的介绍, 在此不 再赘述。下面仅就两种技术路线的研发生产和应用 成本进行对比分析。 期开发成本, 发动机生产过程中, 还需要对配套供 应链进行重新整合, 这也会增加成本。



后处理系统

SC R 系统除了开发 SC R 净化技术外, 还增加了 尿素储藏容器和尿素喷射系统, 而 E G R 系统除了开 发 E G R 净化技术外,还需要增加 D O C 、 D PF 或者 PO C 装置, 由此可见, 两种技术路线的后处理系统 开发成本差别不大。 对于 E G R +D PF 系统, 为了有效 降低背压,有时我们还需要采用 D PF 主动再生系 统, 如图 1 所示, 主动再生系统需要额外增加燃油 喷射部分,所以, E G R + 主动再生 D PF 系统的开发 成本略高于 SC R 。
燃油

主动 再生
废气
燃油燃烧产生高达 600℃以上的高温 C {soot }+O 2→C O 2 ( D PF 温度在 600℃以上)

被动 再生
废气
H C +O 2→N O 2 C {soot }2→H O 2→C O C O 2→H O H O +D 2→N O 2 ( D PF 温度在 300℃以上)

图1

D PF 的主动再生和被动再生

1 发动机本身
采用 SC R 技术路线的发动机,相对于原发动 机,发动机结构不需要进行任何变化就能达标。而 E G R + 路线, 发动机结构需要进行重新设计, 主要因 为 E G R 发动机需要较高的喷油压力, 所以需要升级 燃油喷射系统, 同时 E G R 发动机需要更高的散热要 求, 需要增大散热器来满足, 从这一角度来看, EG R 的成本高于 SC R 。发动机本身的改变不但增加了前

SC R 系统的发动机体积较小, E G R 系统的发动 机体积较大,但是 SC R 发动机对封装要求较高, 而 E G R 发动机要求较低, 所以, 从这一方面看, 两者成 本相差不大。



两种路线的升级可行性及成本

鉴于目前中国正在实施国Ⅲ 、 试行国Ⅳ (型式 认证), 而国Ⅴ标准即将在未来不久于全国实施, 因

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此,面向国Ⅳ水平的发动机不得不朝着与国Ⅴ接轨 的方向发展、 升级。 3. 1 SC R 技术 国Ⅲ发动机可作为向欧 IV /欧 V 进一步发展的 基础机。 在这个过程中, 发动机主要系统的以下领域 将是重点发展和考虑对象。 (1)燃油喷射系统 国Ⅲ基础的燃油喷射系统采用电子控制式直接 燃油喷射, 喷油压力可达到 1600bar, 这样的喷油系 统同样能够满足欧Ⅳ、 欧Ⅴ的排放要求。 通过喷油提前角的设置和轨压的调节,可以使 燃烧标定工作达到低颗粒排放和高效率燃烧水平, 峰值燃烧压力将略高于欧Ⅲ运行状况。 (2)进气系统 进气系统必须应用支持低颗粒排放的先进技 术, 一般包括四气门技术, 低涡流率技术以及国Ⅲ以 上涡轮增压技术。 (3)尾气后处理系统 SC R 后处理系统包括了 SC R 催化剂, 有时还结 合氧化催化剂(D O C)和氨催化剂(A M O X), 以避 免操作中多余氨的排放。 此外, 还需要一个单独的尿 素 (A dB l ue)供给系统和尿素喷射控制系统。 (4)标定策略和方法 对发动机原始排放的标定工作,国Ⅳ与国Ⅲ的 但 标定策略相同, 只是国Ⅳ发动机对排放要求更高。 国Ⅳ发动机要增加对后处理 SC R 系统的标定, 该标 定是通过调整尿素 (A dB l ue)喷射控制策略来实现 的。同时要在标准要求的所有测试循环状态下进行 标定, 包括稳态循环和瞬态循环。 从国Ⅳ到未来的国Ⅴ (欧Ⅴ), 发动机原始排放 的标定策略与国Ⅳ相同, 只是对后处理 SC R 系统的 标定工作要求更高。 3. 2 E G R +D PF 技术 (1)燃油喷射系统 满足国Ⅲ标准的燃油喷射系统的喷射压力一般 不超过 1600bar, 国Ⅳ标准使用 1600bar 的喷油系统 也有可能达到,而满足未来国Ⅴ标准的燃油系统则 需要更高级的电控喷油系统及更高的喷射压力。 通过设置喷射正时延时,轨压调整和 E G R 标 定,可以控制燃烧过程以保证较低的 N O x 排放水 平, 发动机效率低于采用 SC R 技术的发动机。与国 Ⅲ应用情况相比, 峰值燃烧压力将会增加。

(2)进气系统 满足国Ⅲ标准无需采用 E G R 废气再循环中冷 技术, 满足国Ⅳ和国Ⅴ标准需采用带中冷的 E G R 技 术以降低 N O x 排放。 为使排放从国Ⅳ标准进一步提 升至国Ⅴ标准, 空气系统需要升级, 例如用可变喷 嘴增压器 (V N T)技术甚至二级涡轮增压来尽可能 提高废气再循环率和进气压力。 (3)尾气后处理系统 在大多数欧Ⅳ排放应用中, 大多会采用柴油机 氧化催化剂 (D O C)和通透式颗粒过滤器 (D PF)的 组合系统。该系统是被动再生, 需要定期进行清洁 和人工主动再生维护。同时, 该系统对燃油中的硫 敏感, 硫含量不能超过 50ppm 。当升级到未来的国 Ⅴ (欧Ⅴ)后, 通透式颗粒过滤器的过滤效率已经 不能满足要求, 需要过滤效率更高的壁流式颗粒捕 捉器系统,该系统同时需要进行主动再生的标定 。 对油品中的硫含量更为敏感。 (4)标定策略及方法 满足国Ⅳ和国Ⅴ排放法规的发动机原始排放 标定需采用更加先进的标定技术。在国Ⅳ阶段, 大 部分情况下采用通透式颗粒过滤器系统, 因而并不 需要对排放系统进行额外的标定工作。而到未来的 国Ⅴ阶段, 大部分需要采用主动再生的壁流式颗粒 捕捉器技术,因而需要对排放系统进行再生标定 。 再生标定工作可以通过标定发动机 E C U 或者标定 单独的再生控制单元来完成。发动机冷却液的温度 控制可以通过喷油系统的 E C U 来完成, 并且可能因 E G R 的高冷却能力而在国Ⅴ标准实际应用中起到 相当显著的作用。 3. 3 技术连续性与可行性 表 1 列举了 SC R 技术和 E G R + 技术在欧Ⅲ、 欧 Ⅳ和欧Ⅴ之间的技术升级连续性和标定策略, 其中 七项技术不连续性的进一步解释如下: (1) 增加用于降低 N O x 排放的尾气后处理 SC R 系统, 同时需要引进尿素 (A dB l ue)供给系统 。 国Ⅲ无需尾气后处理装置,因而没有旧系统可替 换。 (2)引进带冷却的废气再循环系统 (E G R)。 (3)引进降低颗粒物排放的尾气后处理 D PF 系统。国Ⅲ无需后处理, 因而没有旧系统可替换。 (4)与国Ⅲ相比, 燃油系统具有更高的喷油压 力。

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表1

两种技术路线的升级连续性和标定策略

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表注: [1] … [7] 技术不连续 参照欧Ⅲ标准

增加巩固措施 /技术 高级措施 /技术

(5)进气系统需具备提供高 E G R 率的能力, 例 如, 可变涡轮几何面积 (V TG)增压系统。 (6)将通透式被动再生的颗粒过滤器系统替换 成壁流式主动再生颗粒捕捉系统。 (7)引进主动再生 D PF 的再生标定策略。 通过上面阐述这两种技术路径的连续性,可以 分析这两种技术的可靠性。相比 SC R 技术而言, E- G R 系统将会面临更多的技术不连续性问题。

不需要添加尿素的基础设施,不需要定期添加尿 素, E G R 发动机和 SC R 发动机的价格也不会有明 E G R 发动机的使用成 显的差异。从这一方面来看, 本低于 SC R 。 4. 2 燃油经济性 欧洲汽车工业协会 (A C E A)曾经宣称 “SC R 技 术是唯一能够同时解决满足排放要求和燃油经济 性要求的技术” 。 从技术角度分析,相对于国Ⅲ发动机, SC R 国 Ⅳ发动机可节约燃油 5% ,同时消耗尿素 4% -6% ; 而 E G R +D PF 国Ⅳ发动机需多消耗 2% 的燃油。 到国 Ⅴ阶段, SC R 发动机尿素消耗增加到 5% -7% , 但是 燃油消耗可进一步下降到 6% 的降幅。而到国Ⅴ阶 段, E G R 技术路线的尾气后处理装置需要进行主动 再生, 燃油消耗将进一步增加, 预计比国Ⅲ发动机 增加 7% 。 (1)欧洲汽车工业协会 (A C E A)的研究结果 A C E A 曾经就使用不同技术的欧Ⅳ/欧Ⅴ发动 机的经济性进行过研究, 研究结果显示, 一台总重 40 吨的重型汽车采用 SC R 后处理技术的欧Ⅳ发动 机, 每 100 km 平均消耗柴油 29. 8L, 尿素 1. 5L 。与此



应用成本对比

4. 1 附加尿素成本 采用 SC R 发动机的重型车大约每行驶 5000km 需要加一次尿素, 尽管尿素本身成本并不高, 但是, 我国不同于欧洲, 欧洲目前已经有 6000 多个尿素供 应点, 而我国还没有。 所以, 在我国国 IV 实施初期阶 段, 采用 SC R 路线的汽车对于用户来说, 使用成本 会较高, 而便利性也会很差。 对于中短途运输的重型 车以及较大的运输车队这一矛盾还不会很突出, 而 对于长途运输和个体重型车用户而言,这一问题难 以解决。 E G R 发动机就完全没有上述问题, E G R 发动机

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相对, 一台 40 吨重型汽车采用 E G R +D PF 技术的欧 Ⅳ发动机, 每 100 km 平均消耗柴油 32. 6L, 没有尿素 消耗。 (2)沃尔沃的试验结果 如图 2, 据沃尔沃试验表明, 要减少每份 N O x( 如 1g/ hp-hr) , SC R 后处理的发动机要使用大约 1. 5% 燃 油量的尿素; 例如, 对于一个采用 SC R 系统的发动 机, 要把 N O x 由 6g 降低到 1g( 6-1=5g 减少量) , 需要 喷大约 7. 5% 燃油重量 ( 5g×1. 5% /克 = 7. 5% ) 的尿 素。 在美国, 尿素价格预计和柴油相同; 因而, 在上面 例子中, 发动机燃油经济性必须至少改善 7. 5% 才能 避免使用成本的负面效应; SC R 系统在柴油价格远 远高于尿素价格的市场上, 有很大优势( 在北美以外 国家, 如欧洲) , 但在北美优势不明显。 (3)康明斯的试验结果 从美国康明斯的试验结果来看, 采用 E G R 技术 在满足较低排放标准时, 油耗增加幅度较小, 将 SC R 发动机消耗的尿素折合成 4% -6% 的油耗增加, 此

b) 暖机过程中,冷却水温度和进气温度均较 低, N O x 排放不高。为防止废气回流破坏燃烧的稳 定性,一般在发动机冷却水温低于 50℃ 时不进行 EG R 。 c)怠速和小负荷时, N O x 排放不高, 也不进行 EG R 。 d)接近全负荷时, 为了保证发动机的足够动力 性能, 即使 N O x 排放很高, 也不允许 E G R 。 对于长途运输汽车而言, 发动机的负荷始终处 于稳定和非全负荷状态, E G R 技术可以完全满足排 放要求, 且不用携带尿素。 (4)在中国应用的判断 假设未来在中国, 满足国Ⅳ阶段的柴油价格为 8 元人民币 / L, 满足 SC R 用的尿素(A dB l ue)价格 为 6 元人民币 / L, 按照欧洲汽车工业协会的研究结 果 , 则 每 100 km , 相 对 于 一 辆 40 吨 重 型 车 E - G R +D PF 柴油机,对应 SC R 柴油机可净节约柴油 2. 8L, 合人民币 22. 4 元, 但同时多支出尿素 9 元, 节 约净成本 13. 4 元钱。以每年行驶 20 万 km , 则一年 可节约成本 26800 元人民币。 4. 3 机油换油周期 对于 E G R + 发动机来说, 将废气与进气混合可 以降低缸内氧气浓度, 并且废气的热容量要比氧气 大。从而在燃烧过程中降低气体最高温度的同时降 低氮氧化物的排放 。 但是同时由于燃烧相对不完 全, 且因缸内氧气含量降低后, PM 的排放随着 E G R 率的增大而急剧增大。此外, 目前我国的柴油中硫 的含量基本大于 500ppm , 当 E G R 率高时, 会出现燃 油和润滑油中的硫在参与燃烧后形成 SO x, SO x 与 水形成酸性腐蚀物, 这些物质对 E G R 管路和发动机 的金属结构形成非常严重的磨损腐蚀。因此, EG R + 发动机的机油换油周期要比 SC R 发动机短得多。

图2

两种方案与欧Ⅲ发动机相比使用成本变化 (尿素按 0. 45 欧元 / L 计算)

时, E G R 发动机燃油经济性相对好一些。两种技术 的平台研发成本相当, E G R 开发成本略高,加上换 油周期短, 二者的成本相差不大。但是, 当满足欧Ⅴ (E PA 2007)以上排放标准时, E G R 油耗增加成本要 明显高于 SC R 尿素消耗, E G R 的成本高于 SC R 。虽 然如此, 康明斯的经验表明, 对于在使用超低硫清洁 燃油的情况下, 选用 E G R 系统对于长途运输汽车来 说是个最好的尾气处理解决办法。其原因是由 E G R 技术的特点决定的: a)由于 N O x 排放量随负荷增大而增大, 因此废 气回流量随负荷增大而增大。

5 基础设施建设成本对比
无论是 SC R 技术路线,还是 E G R + 技术路线, 都要求建设或提升某些基础设施。SC R 面对的主要 问题是尿素供应基础设施, 而 E G R 面对的主要问题 是如何解决低硫油的供应。 5. 1 尿素还原剂 (A dB l ue) A dB l ue 是一个商标名称, 专门指满足于欧Ⅳ柴 油车排放用的尿素水溶液 (A U S32), A U S32 经常会 被误解为是燃油添加剂,其实不然, A U S32 是存储

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在一个单独的尿素罐里, 尿素罐安装在卡车上, 根据 预设的喷射策略,由尿素喷射系统控制喷射到汽车 尾气里,并且作为还原剂在 SC R 催化剂的作用下, 将 N O x 转化成氮气和水。 然而, 当 SC R 催化剂遇到锂 、 钠、 钾、 锰等物质 时, 会发生严重的中毒。SC R 中毒会影响 SC R 的转 化效率, 导致 SC R 寿命缩短, 从预计的 50 万 km 缩 短到 20 万 km 。因此, 为保证 SC R 催化剂不被有毒 物质所侵害, 要求 A U S32 (A dB l ue)从生产 、 存储到 供应过程中的每一个环节的设备使用都要满足 D IN 70070 标准。 5. 2 欧洲的 A dB l ue 供应 目前在全欧洲范围内的加油站都可以买到尿素 (A dB l ue),但主要的尿素还是以罐装形式供应, 每 罐的规格大概是 1000L,用户能够买到的罐装尿素 价格范围是 0. 3 ~0. 45 欧元 / L 。罐装尿素主要来自 封装和物流,因此,随着地域的差异价格会有所不 同。 为方便使用者能够更容易地在其最方便的地方 加注到 A dB l ue,汽车行 业 的 领 导 者 , 包 括 M er- cedes-B enz、 V O LV O 、 D A F、 IV E C O 等已联合创办了 A dB l ue 供应网上查询系统 (w w w . Fi ndA dB l ue. com )。 用户可以通过上网搜索引擎,查询自己所在位置附 近的 A dB l ue 供应网点。目前, 这一联盟正在考虑将 其联网范围扩大到亚洲和澳大利亚。 5. 3 欧洲的尿素基础设施建设 截止到 2008 年, 欧洲只有两家公司(O M V 和 TO TA L G R O U P) 在加油站建设自己的尿素(A d- Bl ue)泵供应站。而且由于基础设施建设成本较高, 通过这种尿素泵管路供应的 A dB l ue 价格在 0. 55 ~ 0. 75 欧元 / L, 比罐装尿素高。 但是, 随着欧Ⅴ法规执行的进一步深入, 尿素供 应基础设施建设已经得到全面推进。据最新资料显 示: · 全欧洲范围内的加油站都可以提供销售; · 主要的 A dB l ue 是以桶装形式供应的,每桶规 格是 1000L; · 在欧洲, A dB l ue 的成本主要来自包装和物流 成本, 因地域差异, A dB l ue 的售价也有所不同。一般 桶装 A dB l ue 终端售价在 0. 3 ~0. 45 欧元 / L, 管泵供 应的 A dB l ue 终端售价在 0. 55~0. 75 欧元 / L。 可以看到,目前欧洲的尿素供应基础设施网络

已基本建成。尿素价格随着批量的增加和技术的进 步也相应下调, 2010 年已经调整到 0. 4 欧元 / L。 2010 年在德国的 IA A 商用车展期间, 占欧洲重 型柴油车 80% 市场份额的欧洲前五大重型柴油车 制造商联合多家著名的物流公司 、 化工企业 、 石化 公司就加油站建设 A dB l ue 供应站问题进行了进一 步讨论。会议一致同意各参会伙伴应相互合作共同 促进 A dB l ue 的市场供应。会上, 欧洲最大的几家尿 素生产商再次重申,他们将生产出足够的 A dB l ue 以满足需求。同时, 物流公司也积极加盟, 表示愿意 建设 A dB l ue 的公路供应网络。由此可见, 未来在全 欧洲范围内, A dB l ue 的生产和供应问题将全面得到 解决。 5. 4 美国尿素供应情况 美国 E PA 于 2006 年正式公布期待已久的关于 采用 SC R 技术的轻型和重型柴油车申请排放证书 的程序(E PA -H Q -O A R -2006-0886-0002), 至此, 困惑已久的问题终于揭晓, 美国接受了 SC R 技术。 但就尿素供应基础设施建设问题, 美国 E PA 则 表现得相对保守,把更多的责任推给了汽车制造 商。以下是其提出的几种可行方法: (1)汽车分销商供应尿素还原剂 汽车制造商负责向其分销商提供足够用的尿 素还原剂, 当其汽车客户需要添加尿素时, 可在其 汽车分销商处购买到。 (2)卡车服务站供应尿素还原剂 卡车制造商应负责在卡车服务站或其他公用 加油站建立足够的尿素供应, 以满足卡车用户尿素 添加的需要。 (3)应急计划 汽车制造商应负责建立尿素供应应急计划, 比 如开通全天 24 小时服务热线,当用户需要添加尿 素而无法在汽车分销商或其他地点得到时, 可以拨 打该电话。制造商应保证通过热线电话订购尿素的 价格不能超过汽车分销商供应的尿素价格。 相对而言, 美国 E PA 对保证法规被正确实施方 面, 态度更为积极。在证书申请程序文件中, 同时规 范了两种 O B D 控制策略。 ①限制发动机启动次数策略 当尿素溶液减少到某一个最低水平时, 系统设 计发动机最多还可以重新启动的次数, 当发动机重 新启动的次数超过规定次数时, 发动机将不能被重

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新启动, 直到添加尿素为止。 ②在汽车加油时限制发动机启动 当尿素溶液减少到某一最低水平,如果在此时 对汽车进行加油, 而没有同时添加尿素, 则加油后的 汽车将不能被启动。 5. 5 提升油品质量对基础设施的要求 为了保证 E G R +D PF 技术的无故障运行,欧美 国家要求汽车添加的柴油硫含量绝对不能超过 50ppm , 否则将有 D PF 被堵塞的危险。

SC R 系统的优势在于无需对机体进行改动, 即 国Ⅲ电控裸机加上 SC R 即可实现国Ⅳ; 发动机耐久 性好; 燃油经济性好; 对燃油和机油品质要求低; 无 催化器堵塞风险;国Ⅳ之后技术升级连续性较好; 维护费用低。劣势在于初始成本高; 质量较大, 单车 损失有效载荷在 400kg 左右; 对封装要求较高; 低温 失效问题, 尿素在零下 11 度会凝固, 在黄河以北地 区使用, 需加装解冻装置, 进一步增加了成本和损 失了有效载荷; 最主要的问题是随车携带的尿素一 般一次仅能使用 5000 ~10000km(重型车), 需及 时补充, 面临尿素的供应和配给问题。 据 2010 年初统计, 北京环保局自 2008 年以来 公布的所有符合国Ⅳ排放标准的重型柴油车及重 型柴油发动机型号目录, 其中 SC R 系统占据了绝对 领先的市场份额。值得注意的是所有带 O B D(车载 自动诊断系统) 的重型车和重型柴油机均选用了 SC R 系统, 而在 SC R 系统供应商中仅有威孚力达一 家国产供应商。 从北京奥运会期间国Ⅳ实施的实际情况来看, 北京成功运行了约 4500 辆采用 SC R 技术的公交柴 油车, 由公交公司负责尿素供给。沈阳、 杭州、 广州 等其他城市也在试验这种车辆。玉柴对配置 Y C 6L ( 177kW ) 发动机的公交车运行在城区和城郊工况下 的节能、 减排效果进行了测试。初步测试结果显示: (1)使用国Ⅳ发动机相对国Ⅲ同型号发动机, 油耗下降 3060t / ( 年千台), N O x 排放下降 720 (城 区)~840 (城郊)t /(年千台), PM 排放下降 3. 6t / (年千台); (2)使用国Ⅴ发动机相对国Ⅲ同型号发动机, 油耗下降 3060t / ( 年千台), N O x 排放下降 780 (城 区)~964 (城郊)t /(年千台), PM 排放下降 3. 6t / (年千台); (3) 春 秋 季 节 尿 素 溶 液 消 耗 量 在 2. 1~ 2. 8L/ 100km , 夏季消耗量在 2. 5~3L/ 100km 。按每辆 公交车年行驶 3 万 km 计算,单车年消耗尿素溶液 约 720L 。 根据技术路线的比较以及国内外的实践情况, 业内普遍认为在国Ⅳ阶段, SC R 将会成为重型柴油 机后处理系统的主流技术, 主要原因是: ①发动机不用再次技改。这将大大降低整车厂 的升级成本和周期, 若采用 E G R +D O C +D PF 技术则 需要重新设计主机, 再次的复杂标定过程工作量庞

6 欧美的应用经验
6. 1 欧洲经验 在欧Ⅳ执行初期, 针对 SC R 排放法规的执行与 管理, 欧洲政府依赖于一套诚信系统。 政府在颁布排 放法规的同时, 详细说明违反法规的后果。 用户可以 冒风险不按要求添加尿素, 但一旦被有关部门抓到, 惩罚是极其严厉的。用户基本上不会为了一点小的 便宜承担巨额罚款的风险。 德国政府另外制定了一套激励措施,对满足欧 Ⅳ排放标准的车辆免征或减少德国公路税,但如果 车辆被发现没有满足实际的排放标准,则将被取消 该项税收优惠政策。 当然, 初期某些欺骗行为也被怀疑存在, 随着欧 Ⅳ、 欧Ⅴ的逐步实施, 强制技术控制手段 (O B D)已 列入法规中。 6. 2 美国经验 美国是依赖技术手段来控制排放法规的严格实 施。美国 E PA 对 SC R 车辆在无尿素情况下继续运 行控制极其严厉,当尿素用完后只是警示灯亮是远 远不够的。要求车辆必须安装 O B D 系统, 并且能够 通过技术手段来控制不满足 O B D 设计条件的车辆 无法运行。 6. 3 政府在基础设施建设中的推动作用 尿素基础设施建设很难一步实现商业化,初期 政府的支持作用是不可或缺的。 以香港出租车天然气改造为例,最初因利润空 间不足, 石油垄断供应商拒绝建设天然气供应站。 于 是政府出台优惠政策,推动中小石油供应商首先建 立天然气供应站, 促进市场竞争的形成。 当竞争到一 定程度后, 天然气供应站商业模式顺利建立完成。

7 我国采用 SC R 路线的成本分析

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大, 在国内国Ⅲ/国Ⅳ主机技术仍不能算成熟的背景 下, 该项优势十分明显; ②SC R 技术对燃油和机油要求低。 《石化产业 调整和振兴规划》 显示 2010 年我国柴油供给才能 全部达到国 Ⅲ 标 准 , 预 计 短 期 内 很 难 达 到 E- G R +D O C +D PF 所需的 50ppm 含硫量标准 。 而国Ⅳ 标准即使再次推迟, 也很难晚于 2013 年年初。由于 不存在 E G R 所面临的硫化物堵塞问题, SC R 维护费 用低。 ③SC R 技术的燃油经济性较好。SC R 油耗性领 先 E G R + 约 8% 的优势,使得能够弥补其初始成本 略高的劣势。 关于尿素供应的问题: 若以 100 万辆年 运行 30 万 km 的中重型商用车计算, 预计需尿素溶 液 80 亿升, 折算尿素约 280 万吨 (尿素溶液密度及 尿素含量标准参考自 2009 年 6 月深圳颁布的 《车 用尿素溶液深圳经济特区技术规范编制说明》 )。 以 我国目前尿素 2000 万吨的产能和 1500~1600 万吨 的需求而言, 在实施国Ⅳ的前 3 年内, 我们预计尚不 会对尿素供求局面造成冲击, 但可能推高尿素价格。 尿素配送制度可参考国外经验:在欧洲是由尿 素生产商、 车辆制造商、 石油公司甚至一些物流公司 共同来负责。 目前, 在整个欧洲已有上万个尿素供应 点。 比如, 在服务区、 车辆维修站、 加油站以及汽车专 卖店等地点供应尿素还原剂。可利用便携式的尿素 10L 和 18L); 也可以设 罐来供给尿素 (常见如 5L 、 置和加注燃料一样的尿素泵, 供给尿素。 对于卡车车 队或者公交公司等,可以在本单位内部设置中小型 的散装容器, 储存尿素以备使用。 可供选择的有中型 散装容器以及小型散装容器。 在美国, 尿素供应制度 主要责任在供应商, 前面已有阐述。 综上分析, 我们可以得出一个基本判断, 国 IV 实施头几年,绝大多数企业将采用 SC R 技术路线, 因此,对国内应用 SC R 系统进行成本分析十分必 要。 整个 SC R 系统主要分为两个部分: SC R 催化 剂, SC R 尿素还原剂的供给装置和喷射计量系统 (计量泵)。根据北京环保局公布的目录来看, 目前 国内 SC R 系统排气处理器主要采用进口产品和合 资公司产品。进口产品主要有博世、 康明斯、 Purem 、 Iveco、 R enaul t等;合资公司主要是上海华克排气系 统有限公司的产品;无锡威孚力达催化净化器有限 “威孚力达” )则是唯一一家国产系统供 公司 (简称

应商。SC R 计量泵则基本采用博世、 康明斯等公司 的进口产品, 目前玉柴等国内厂商也开发了自主产 品, 但采用的较少。 目前整套 SC R 系统进口价格 3 ~4 万元 /套, 估计其中计量泵价格在 1 万元左右, 而排气处理器 价格在 2~3 万元左右。在 “十一五” 期间, 威孚力 达和潍柴合作, 昆贵研和玉柴合作在做国Ⅳ柴油机 排放控制技术项目,进行 SC R 或 D PF 催化剂方面 的开发研究。其他的还包括张家口百通环保科技公 司 (2009 年 7 月开始动工新建 15 万套产能的柴油 机后处理系统生产线, 以 SC R 技术为主线)等 。国 产的 SC R 系统预计 2012 年初左右就会大批量生 产, 国 IV 实施初期, 国产 SC R 整套系统价格预计为 进口价格的 30-50% 左右,国产化率提高及大批量 生产以后价格会进一步下降。威孚力达未来产品价 格预计在 1~1. 5 万元 /套。 SC R 产品的售价目前还无定论, 从共轨产品的 售价经验看, 国产化后的产品售价约是最初进口样 品价格的 20% -25% ,因此我们预计配套重卡的国 产化后的 SC R 产品的售价将不超过 1 万元, 配套轻 卡的 SC R 产品不超过 4000 元。 在未来 SC R 催化剂市场上, 威孚力达最大的国 内竞争对手仍然是昆贵研, 如果昆贵研采用国产计 量泵及将控制系统集成到发动机的 E C U 中, 其 SC R 产品价格还会降低,我们可以估计重型柴油机用 SC R 系统合资品牌 7000 元左右,国产品牌可达 5000 元左右。 通过威孚高科同各柴油厂家之间的长期合作 关系, 以及同博世共轨系统的协作 (E C U 和尿素控 制系统集成以降低成本,这是 B O SC H 最新共轨系 统 E D C 17 采取的技术路线, 2010 年进入市场, 我们 预计未来博世的控制系统在出厂即可匹配力达的 SC R , 而其他产品可能需要重新匹配), 威孚力达在 国Ⅳ阶段 SC R 排气处理器市场的竞争中将全面领 先。 无锡威孚汽车柴油系统有限公司 (以下简称 “ 威孚汽柴 ” )2010 年已经引进博世的 SC R 生产 线, 预计 2011 年下半年完成该类产品的国产化。 还有一个重要因素对 SC R 产品盈利的影响很 大, 这个因素就是 SC R 产品线投资的折旧。之前博 世汽柴对共轨系统的投资前前后后超过 50 亿元, 其中超过 10 亿元投向了技术中心的建设,而真正

轻型汽车技术

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市场论坛

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生产设备的投资预计也就 10 亿元左右 。预计 SC R 生产线的设备投资仅需要 2-3 亿元, 因为其产品标 定和工艺参数都会得到博世汽柴技术中心的支持, 这将使得 SC R 整套系统的投资大大降低。

。这种后处理比 D PF 化催化器, 又称分流式过滤器) 便宜很多, 是国内很多企业转向研究 E G R 的一个原 因。 由于 SC R 系统价格较高, 影响了推广使用。 从成 本角度考虑, E G R 发展空间很大, 一套 PO C 的成本 只有 3000~6000 元,升级成本诱惑力较大,而且 PO C 没有再生问题。 斯堪尼亚采用的 E G R +D O C 路线的升级成本更 低, 因为一个 D O C 的价格可能不超过 1000 元。 D PF 的价格相对较高, 但也不会高过 SC R 升级成本。但 是, 有两个因素对 E G R + 路线产生不利影响。 一方面, 对于一台普通国Ⅲ发动机, 如果此前 没有采用外部 E G R ,那么新增的 E G R 部件,包括 E G R 阀门、 管路、 冷却器和控制系统, 其成本也不会 比 SC R 系统低多少。另一方面, E G R 系统对润滑油 要求更高, 需要使用更高级润滑油, 并且换油周期 更短, 这也会增加升级成本。



我国采用 E G R + 路线的成本分析

E G R +D O C +D PF 系统的优势在于初始成本低; 对封装要求低。劣势在于升国Ⅳ或更高需要对国Ⅲ 主机技改, 标定更为复杂, 增加了开发成本以及标定 难度; 对超低硫含量的燃油及高品质润滑油的依赖; 燃油经济性差; 国Ⅳ之后技术升级连续性相对较差; 由于易堵塞, 维护费用高。 目前, 对于我国来说, 最主 要的问题仍是全国范围内低硫柴油的供应及如何处 理更复杂的系统标定问题。 近年, 通过比较, 有些业内专家认为, 有一种技 术路线比较符合中国国情, 就是 E G R +PO C (颗粒氧

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商用车市场苦乐不均 微车销量下滑明显
2011 年对于中国商用车企业来说, 是不平静的一年, 销量在经过了两年高速发展之后开始放缓。 这似乎 让习惯了高增长的中国汽车企业一下子难以适应, 很多企业担心我国汽车市场就此进入减速区。如今, 2011 年已经过半, 汽车企业是否已经泰然面对现实, 他们的生存状态又会怎样? 2011 年上半年是重卡行业最难熬的阶段, 究其原因, 多数企业认为, 影响重卡市场发展有几个重要因 素, 如国家宏观经济形势变化, 交通运输部油耗检测执行加严, 2010 年重卡百万辆销量有水分, 库存过大, 国 际形势动荡等。 从企业数据看, 东风商用车销量小幅下滑, 一汽解放和中国重汽上半年销量同比降幅均为两位数。 其中, 一汽解放重卡销量同比下滑超过 30% , 成为第一梯队下滑较严重的企业。相比而言, 一些规模相对小的重卡 企业上半年则实现小幅增长。 在轻卡市场, 低端轻卡销量下滑幅度最大。低端轻卡用户一般集聚在二三级市场, 在经济形势不乐观的 情况下, 购买力会大大减弱。与此同时, 这些用户对轻卡价格非常敏感, 在汽车下乡等优惠政策退出后, 不少 用户选择了持币待购。 目前, 江淮、 福田、 东风、 金杯等企业在轻卡领域的市场份额下滑较为严重, 但高端轻卡车型则一枝独秀, 高端轻卡的用户购买力强, 购买行为不靠政策刺激而产生, 因此政策环境对高端轻卡市场的影响不显著。 (刘庆旭)


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