【技术科普】非道路国三柴油机的新型技术路线：傻瓜式
D-EGR
-----【专家来信】-----众所周知，柴油机减排的重点和难
点是氧化物（NOx）和颗粒（Pt），尤其是NOx与Pt间的权
衡，以及NOx与柴油机燃油耗（ge）间的权衡。 我国车用
柴油机的排放已经进入国四（部分城市国五甚至国六）阶段，
在柴油机的节能减排上已积累一定经验。如降低柴油机的
Pt，需适当提高燃油系统的喷射压力。由于非道路柴油机运
用范围的特殊性，车用柴油机部分节能减排的经验可以运用
到非道路国三，全盘采用车用国四方案并不适合，如降低柴
油机NOx，我国车用柴油机通常采用的SCR路线，而非道
路柴油机添加尿素并不方便。 今天笔者向大家介绍一种新
型的、适用于非道路的排放技术路线---D-EGR。 D-EGR是
指内燃机的部分气缸（或部分排气道）废气经EGR冷却器
直接进入进气管。傻瓜式D-EGR解决了EGR柴油机EGR
率控制难题，并对NOx控制具有很好的鲁棒性、一致性。 我
国现有的燃油系统（包括燃油的品质）可以完全满足非道路
国三柴油机颗粒限值要求。采用傻瓜式D-EGR装置，虽然
柴油机燃油耗提高1%左右，但NOx排放可以更好的满足非
道路国三柴油机限值要求。D-EGR柴油机，是根据国内燃油
系统量身定制的非道路国三柴油机。 “十三五”期间，国
家提出的“一带一路”发展战略，推进了亚欧非国家和地区
交通、能源等基础设施建设；提出的拓展和实施国内重大公
共设施和基础设施工程、推广农业现代化、以及城市和社会
主义新农村城镇化建设，都将为内燃机产品提供一个非常广
阔的市场。在这个非常广阔的市场中，傻瓜式D-EGR柴油
机实现非道路国三柴油机节能减排“直道超车”。 1、非道
路国三柴油机限值与车用柴油机限值对比非道路国三柴油
机NOx的限值（最大功率Pmax≥75）较车用国四限值稍宽
松，Pt的限值较车用国二宽松较多。NOx+HC、Pt具体限值
见下表。注1：车用国四限值NOx、HC是分开单独限制。
注2：为简化NOx分析：本文所指非道路国三柴油机，功率
范围是75≤Pmax＜560。本文的分析结果同样可用于功率范
围是37≤Pmax＜75和Pmax＞560的柴油机，对D-EGR率
相应减小即可。 国家对非道路柴油机节能减排的要求和相
应的法规的出台，促进了非道路柴油机整体水平的提高，为
柴油机可持续发展和提高国际竞争力打下了坚实的基础。
2、车用柴油机燃油系统的技术进步，解决了非道路国三柴
油机Pt的难题。根据AVL公司Rolf Dreisbach的研究：增压
中冷柴油机，燃油系统的喷射压力达900 - 1000bar，柴油机
颗粒排放物可以满足车用柴油机国二限值（Pt
【车用EURO2（国二）排放燃油系统要求】我国车用燃油
系统的发展，机械燃油系统、电控燃油系统（单体泵、共轨），
均可满足喷射压力达1000- 1200bar的要求。 3、降低非道路
国三柴油机NOx的二条技术路线：SCR、EGR3.1 SCR路线
SCR路线，柴油机不牺牲燃油经济性，增加SCR增加后处
理。此路线，欧洲较多采用又称欧洲路线。同时，SCR路线
排放达标成本较高。 由于中国非道路用柴油机使用地域非
常广泛，特别是一些偏僻的地方，添加尿素很不方便。SCR
路线在中国非道路国三柴油机中采用较少。 3.2 EGR路线
EGR路线，是将一小部分燃烧废气从排气管引入进气管与新
鲜充量混合，降低柴油机的最高燃烧温度和燃料燃烧时的氧
气浓度，从而降低NOx，对燃油经济性有一定牺牲。该路线
在美国使用较多, 又称美国路线。 柴油机在保证空燃比的情
况下，EGR率越高，NOx-Fuel Consumption Trade-off 向左下
方移动。RICARD公司Andrew Nicol研究的在不同的EGR
条件下NOx-Fuel Consumption Trade-off。【不同EGR条件下：
NOx-Fuel Consumption Trade-off】 EGR技术难点是EGR的
导入和EGR率的控制。根据RICARDO公司Andrew Nicol
研究。柴油机满负荷，EGR率在10-18%，NOx排放物可达
3.0~3.5g/kW.h。【NOx-EGR RateTrade-off】 4、D-EGR的历
史4.1 日本IHI发明D-EGR1998年石川岛播磨重工业株式会
社（IHI）发明了D-EGR原型（图4）。在原型图中，有两个
气缸是D-EGR气缸。此时，柴油机可大幅降低NOx。但该
发明有较大的排气脉冲，造成柴油机在进气过程中，每个气
缸进入的废气量严重不均匀，使柴油机部分气缸的碳烟较
高，从而使该发明的实用价值不高。【IHI柴油机D-EGR示
意图】 4.2 美国SwRI申报了改进的D-EGR系列发明关于
D-EGR节能减排方案，美国西南研究院（SwRI）进行了较
多研究，并申报了一系列有关D-EGR的改进发明。下图是
SwRI的D-EGR（汽油机）方案的示意图。【SwRI汽油机
D-EGR示意图】 5、D-EGR的再创新，傻瓜式D-EGRD-EGR
的不足是每缸进入的废气量不均匀，严重影响柴油机的碳烟
排放。在D-EGR气缸与进气管之间增加稳压装置（创新点），
图6、图7在原有D=EGR的基础上，增加了稳压箱（Stabilizing
Box）。稳压装置的容积越大，D-EGR气缸的排气脉冲就越
小，如稳压装置的容积等于柴油机的总排量。 所谓傻瓜式
EGR，即在柴油机转速、负荷变化时，EGR率无需调整、基
本保持不变。 5.1 傻瓜式六缸D-EGR示意图图6的第6缸
气缸是D-EGR气缸，EGR率是16.7%。【傻瓜式六缸柴油机
D-EGR示意图】 5.2 傻瓜式四缸D-EGR示意图图7的第4
缸的一半气缸是D-EGR气缸，EGR率在12.5%左右。【傻瓜
式四缸柴油机D-EGR示意图】 6、傻瓜式D-EGR的特点 6.1
NOx满足非道路国三限值，燃油耗增加1%左右AVL公司
Wolfgang Cartellieri等试验研究，满足欧4的ESC循环工况
的NOx限值（图8），高压EGR柴油机燃油耗增加5%左右；
低压EGR柴油机燃油耗增加1.5%左右。由CAE模型分析可
知，D-EGR的泵气损失明显低于高压EGR、低压EGR。初
步分析，傻瓜式D-EGR柴油机满足非道路国三NOx限值，
燃油耗将提高1%左右。
【EGR系统节能潜力】
6.2傻瓜式D-EGR对EGR率控制，与增压系统的增压压力
建立无任何关系无论是WGT增压器、还是VNT增压器，
D-EGR对增压系统效率的影响非常小。即傻瓜式D-EGR，
可以把EGR对柴油机功率的减小降到最低。 6.3 傻瓜式
D-EGR柴油机，无空气流量计、无节气门、无EGR阀。傻
瓜式D-EGR装置，D-EGR气缸确定了EGR率；非道路国三
无OBD要求，即无需空气流量计、无需节气门，最大限度
的降低了进气系统的阻力。 傻瓜式D-EGR装置的稳压箱
（Stabilizing Box），确保柴油机每缸进入的废气量趋向一致，
即无需EGR阀。傻瓜式EGR降低了车用EGR系统复杂性、
提高了EGR系统可靠性，并降低非道路柴油机排放升级成
本。 6.4 傻瓜式EGR，对燃油系统、燃油品质要求低傻瓜
式D-EGR，对于非道路国三排放标准，对燃油系统的要求降
到最低（机械燃油系统，也可轻松满足国三排放限值）。燃
油系统是机械泵或电控单体泵，对燃油品质的要求也降到最
低。傻瓜式D-EGR柴油机，是根据国内燃油系统量身定制
的非道路国三柴油机。 6.5傻瓜式EGR，所有工况NOx排
放物均较低傻瓜式D-EGR，柴油机在非排放监测区与排放监
测区，NOx排放物均较低；傻瓜式D-EGR柴油机，无需因
为环境温度太低而加大NOx排放物。 因此，傻瓜式D-EGR
非道路国三柴油机可实现节能减排“直道超车”。