今年1月,隨著環(huán)保部、工信部2016年第4號公告的發(fā)出,對汽車行業(yè)產(chǎn)生深遠影響的"國五"時代即將到來。
根據(jù)油品升級進程,我國將分區(qū)域?qū)嵤﹪业谖咫A段機動車污染物排放標準,即"國五"標準。
其中,我國東部11省自4月1日起,所有進口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、輕型柴油客車、載重柴油車(僅公交、環(huán)衛(wèi)、郵政用途),須符合國五標準要求。
全國自2017年1月1日起,所有制造、進口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、載重柴油車(僅公交、環(huán)衛(wèi)、郵政用途),須符合國五標準要求。
全國自2017年7月1日起,所有制造、進口、銷售和注冊登記的柴油汽油車,須符合國五標準要求。自2018年1月1日起,我國所有制造、進口、銷售和注冊登記的輕型柴油車,須符合國五標準。
如何實現(xiàn)國五排放標準?
與國四排放標準相比,國五排放標準對氮氧化合物排放的限值降低了25%-28%,顆粒物的排放限值嚴格了82%。
在節(jié)能減排成為大趨勢的前提下,除了發(fā)展新能源汽車,由汽油轉(zhuǎn)向柴油的趨勢也較為明顯,柴油發(fā)動機由于比汽油發(fā)動機節(jié)油30%,二氧化碳排放量低30%-45%,因此柴油機的發(fā)展已成為汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向。
不過,柴油發(fā)動機的排放也面臨難點:尾氣排放中的發(fā)動機經(jīng)排氣筒排出的顆粒物、氮氧化物等排放對大氣環(huán)境的污染仍較嚴重,是否有辦法讓其排放達到最低并符合環(huán)保及國五排放標準甚至更高標準的要求?
答案是肯定的。在近乎苛刻的國五排放標準面前,必須綜合使用排氣后處理技術(shù)來控制排放。目前,實現(xiàn)柴油發(fā)動機國五排放標準有兩種途徑:
一是SCR技術(shù),通過優(yōu)化噴油和燃燒過程,控制顆粒的產(chǎn)生,使燃燒溫度升高,從而增加NOx,再添加尿素來還原NOx來實現(xiàn)。
二是EGR+DPF技術(shù),其實際上是廢氣再循環(huán)的過程,通過抑制NOx的產(chǎn)生,使燃燒的溫度降低,通過DOC(柴油氧化催化劑)或者DOC+DPF(顆粒捕捉器)將TPM(總顆粒物)降低到排放標準以下。
兩種技術(shù)路線比較
SCR和DPF實際上是目前最主要的柴油發(fā)動機排氣后處理的兩種技術(shù)路線,二者各有特點和優(yōu)劣。
在性能方面,就DPF而言,廢氣經(jīng)由DPF系統(tǒng),導(dǎo)致排氣背壓增加,動力損失嚴重。而SCR系統(tǒng)因排氣背壓小,動力輸出強勁。例如,DPF系統(tǒng)需補償EGR造成的功率損失來達到國五排放,更需兩級增壓,SCR因結(jié)構(gòu)簡單,達到國五排放標準與國三的增壓系統(tǒng)保持相同即可。
在可靠性方面,DPF系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)過程中,廢氣溫度高,催化劑燒蝕,額外噴油促成二次再生,易造成顆粒堵塞引發(fā)安全隱患;由于要補償EGR系統(tǒng)的壓力損失,因此增壓器一直處于高負荷工作,易損壞;同時由于廢氣溫度高,冷卻系統(tǒng)可靠性也會降低。反觀SCR系統(tǒng),由于不存在DPF堵塞、渦輪增壓高負荷工作、冷卻系統(tǒng)加大等問題,因此可靠性相對更好。
在使用成本方面,有評測數(shù)據(jù)顯示,DPF油耗相比SCR系統(tǒng)高10%,是因排氣背壓高、動力損失等綜合導(dǎo)致;DPF一旦發(fā)生管路堵塞,必須更換DPF總成,費用昂貴;DPF潤滑油標號要求CI-4級,相對于SCR需要的CF-4級潤滑油,費用更高。
事實上,SCR系統(tǒng)的工作原理是將還原劑噴入排氣管,排氣中的氮氧化合物在催化劑的作用下與還原劑反應(yīng)后被還原成氨氣和水。SCR系統(tǒng)目前采用的還原劑是尿素,但尿素是消耗品,必須定期添加,所以用車成本會提高。但實際上SCR需要添加的尿素水溶液消耗量僅為1:20,且購買便利。
以東風御風國五車型為例,其尿素罐可容納10kg,油箱容積80L,每添加一次,對應(yīng)2.5箱柴油,相當于0.016元/km,只需2500km添加一次尿素。
SCR成為主流
不過,SCR技術(shù)在國四排放標準實施階段已近趨于成熟,升級國五排放標準只需要調(diào)整一下技術(shù)參數(shù),發(fā)動機不用再次技改,開發(fā)成本相對要低,這將大大降低整車廠的升級成本和周期。若采用EGR+DOC+DPF技術(shù),則需要重新設(shè)計主機,再次進行的復(fù)雜標定過程工作量龐大。
無疑,在目前國內(nèi)國三和國四主機技術(shù)仍不算很成熟的背景下,SCR技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯,市場認可度相對較高,所以SCR目前仍然是滿足國五排放標準的主流技術(shù)。
從國外的實際情況來看,歐洲大部分國家選擇SCR作為主流的技術(shù)路線,在美國則主要選擇EGR+DOC+DPF技術(shù)路線,這是歐洲出于成本因素的考慮,歐洲的燃油價格相對較高,SCR技術(shù)較好的燃油經(jīng)濟性使該技術(shù)成為歐洲的首選。
目前,國內(nèi)各個廠家都在備戰(zhàn)國五排放時代的到來,并將先后推出自己的國五產(chǎn)品,根據(jù)統(tǒng)計,今年即將上市的國五產(chǎn)品的柴油發(fā)動機,大多采用的是SCR技術(shù)。
例如將在7月16日推出的東風御風的國五全系列產(chǎn)品,其采用的是ZD30發(fā)動機和ZD25發(fā)動機,是依照日產(chǎn)研發(fā)模式進行的研發(fā),具有高可靠性、低油耗、輕量化、超靜音、低排放等性能。東風御風國五車型采用了較為成熟的SCR技術(shù)路線,相比同類產(chǎn)品國五車型而言,東風御風國五車型的燃油經(jīng)濟性更好、適應(yīng)性更佳,車輛動力更強、養(yǎng)護維修成本更低、可靠性更優(yōu)。經(jīng)過試驗驗證,東風御風國五產(chǎn)品油耗比國四有所降低,同排量發(fā)動機油采用SCR技術(shù)路線比DPF路線低10%左右的油耗。