1 尾氣污染物
柴油燃燒后產生的廢氣一般有這幾種:一氧化碳CO(最具毒害作用的污染物)、碳氫化合物HC、氮氧化合物NOx、PM顆粒物。
尾氣生成的條件:
燃燒不完全產生:CO、CH、PM。
燃燒充分產生:NOx。
可以看到:NOx和PM 的生成條件本身就是矛盾的。
2 關于國六新技術
目前在國六階段主要有EGR和非EGR兩種技術方案,雙方最終都是要解決氮氧化物排放。輕型和重型柴油車的技術路線基本相同:EGR(非必須)SCR+DOC+DPF+ASC(氨逃逸催化器,非必須),其中,SCR+DOC+DPF為必需技術。
有EGR技術路線
對于氮氧化物這種有害物質,我們最簡單的方法是EGR(廢氣再循環)。即把燃燒后的廢氣引入到缸內,降低缸內燃燒溫度,抑制氮氧化物的生成。而引入EGR的壞處就是會導致車子的動力性降低。
其次引入EGR會使微粒的排放增加,為了處理PM顆粒物的排放,后處理中增加了DPF(顆粒物捕捉器)來處理PM。然而DPF在捕捉到一定量的PM時(即碳載量),便需要提升排放溫度來再生DPF,于是便多出了DPM(博世HCI噴射系統),用于再生時給排氣管噴射一定量的燃油,提升DPF的再生溫度。
EGR的優勢是技術比較成熟,工作狀態穩定,不足之處是經濟性和動力性略有影響,車輛冷卻系統相對復雜,增加了成本。
非EGR技術路線
就是不采用EGR,通過后處理技術在后端解決污染物排放問題,通常是以加大SCR噴射量來實現。因為SCR的作用就是在尾氣后處理器中噴射尿素,將氮氧化物還原為氮氣和水。
非EGR技術的優勢是發動機布置簡單,沒有EGR成本,動力和燃油經濟性好,但后期尿素使用量會增加,而且對后處理系統性能要求比較苛刻。
3 主要處理技術
EGR(廢氣再循環)
主要為了降低缸內的燃燒溫度,實現降低氮氧化物。由于廢氣再循環的加入會使發動機的動力性降低,所以有的重卡發動機就不采用廢氣再循環或者減少廢氣再循環率。
▲EGR循環示意圖
DOC(氧化催化轉化器)
現階段的DOC是為了實現一氧化碳和碳氫化合物的氧化處理。
DOC主要有三個作用:
(1)降低HC(碳氫化合物)排放:將尾氣中未燃燒的HC、潤滑油HC氧化為H2O、CO2;
(2)將NO氧化為NO2:NO2將DPF捕集的碳顆粒氧化為氣態的CO2;
(3)氧化噴入排氣管的燃油:氧化柴油放熱使DPF溫度升高,DPF內碳顆粒與氧氣反應為CO2。
DPF+DPM
將尾氣中未氧化的微粒捕集到捕集器中,而再生技術會引起捕集器效率降低,當效率低于一定限值時就需要更換了。
DPF 再生分為被動和主動再生,被動再生一般是指在過濾體表面涂覆催化劑或在燃油中添加催化劑以降低顆粒的氧化反應溫度 (前者在國四、五單一使用較多),主動再生則是指通過提供能量增加排氣或過濾體的溫度,將顆粒燃燒掉。由于柴油機在很多實際工況中處于低負荷狀態,排氣溫度很低,被動再生受到一定的限制。因此主動再生成為國六階段必備的后處理技術,在國六的實際使用上是被動再生和主動再生同時使用的。
DPM是接收到ECU/DCU主動再生請求時,從低壓燃油管路,將燃油引入到燃油計量單元(MU),計量單元(MU)通過接收到ECU/DCU信號,通過燃油加料閥(Diesel Dosing Valve)將一定量的燃油進入到鋼管內,當下游鋼管內燃油的壓力高于2.6bar時,噴射單元(IU)將燃油噴射到排氣尾管中。
SCR(選擇性催化還原系統)
目前最常見的SCR還原劑是尿素,在尾氣后處理器中噴射尿素,發生氧化還原反應,將氮氧化物還原為氮氣,實現對氮氧化物的處理。
ASC(氨逃逸催化器)
ASC并不是指一個部件,全稱為:氨逃逸催化器。由于車輛可能存在尿素泄露、反應效率低等情況,尿素分解產生的氨氣可能會未參與反應而直接排出大氣。這就需要安裝ASC裝置防止氨逃逸。
氨逃逸催化器(ASC)一般安裝在 SCR 后端,它在載體內壁使用貴金屬等催化劑涂層,用于催化氧化還原反應,將NH3反應成無害的N2。
ASC的主要作用:
(1)將過量的NH3氧化為N2、N2O、NOx;
NH3+O2→→N2、N2O、NOx;
(2)同時再催化NOx、NH3反應為氮氣N2 。
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