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EGR系统和SCR系统讲解

2009-06-12 06:48:00 齐兵

    最近很多汽车网站也好、相关的报纸也好,都在评论关于进入国Ⅲ柴油机时期,国内重型柴油发动机的发展趋势。

EGR系统和SCR系统讲解

    很多厂家也都纷纷提出自己的排放理论,总体来说在国内出现两大尾气后处理阵营(SCR和EGR+DOC+DPF)即欧洲线路和美国线路,在发动机供油系又分出电控高压共轨、电控单体泵(或组合泵)、电控预行程直列泵的供油方式。真是众说纷纭,谁也不让谁呀!到底中国该走那条线路呢?我们中国未来柴油机排放的发展趋势到底是什么方向?

EGR系统和SCR系统讲解

    说道重型卡车用柴油机的排放问题,我们首先要先了解一下柴油机的排放特点:

    柴油机燃料:碳氢化合物

    化学反应:

    CxHYS2+O2+N2→CO2+H2O+N2+O2+NOx+HC+CO+SOx+C

    柴油的化学成份中除?碳氢化合物外。另有约5%约含??,故在讨论柴油发动机排放污染物时,多?SOx这项。

    完全燃烧:CO2、H2O

    主要有害污染物:CO、HC、NOx、SOx、、碳烟、PM

    CO2

    燃烧含碳元素的物质而产生的。CO2造成地球转暖,即所谓的温室效应。相对于汽油发动机来说,柴油发动机燃油消耗量小、充气系数高,所排除的CO2也相对较少。

    CO废气排放限制对象

    CO是在排放的气体的所含成分中最有害的物质,燃料在氧分不足的状态下不完全燃烧的情况下产生的。排放量的约90%被认为是来自汽车,在各种排放的气体中CO是最初的作为限制対象的。该气体被吸入人体后,会产生溶血反应导致中毒。但是,柴油发动机和汽油发动机相比,燃烧较为充分,所以CO的产生量非常少。

    HC排放废气限制対象

    氢和碳构成的化合物质的总称。这也是光化学烟雾的形成原因,根据种类不同会对呼吸系统产生影响。

    PM(粒子物质)黒烟、SOF、排放废气限制对象

    PM是从柴油发动机中排放出来的颗粒状物质的总称。主要是黒烟,称为SOF的燃烧后剩下的燃料和润滑油成分、轻油燃料中的硫黄成分燃烧后生成的成分所构成的。包括颗粒细小的SPM。

    NOx排放气体的限制対象

    NO、NO2、N2O、N2O2等各种化合物的总称。在高温下氮分子和氧分子结合后产生的。不只是汽车,香烟和火炉等也会产生。燃烧温度越高越容易产生NOx,因此发动机的设计中必须考虑适当降低燃烧温度。

    CO2

    CO2是石油化工燃料燃烧产生的。排放量根据燃烧时的燃料消耗多少成比例増加。柴油发动机的排放量较少,汽油、发动机的排放量相对较多。柴油发动机在汽车的内燃机中热效率较高,

    燃料消耗率小。而汽油发动机和柴油发动机相比,热效率差,所以,燃料消耗率大,因此CO2排放量较多。

    CO/HC

    CO是氧分不足不完全燃烧时产生的。柴油发动机的排放量极少,汽油发动机的排放多。理由是柴油发动机相对燃料空气量充分的状态下燃烧的。汽油发动机相对燃料的空气的比例是几乎一样的,所以在燃烧时引起局部的氧分不足,产生量变多。HC和CO一様,在燃烧时相对燃料的空气不足而产生的。当然、相比柴油发动机,汽油发动机的排放量多了。

    SOx、

    SOx一般是由于柴油中的硫或机油中含的硫分参与燃烧形成,从发动机排出后与H2O参与化学反应生成H2SOX,是对机件产生腐蚀磨损及导致酸雨的一个重要因素。

    NOx/PM(粒子状物质)、黑烟

    NOx是在高温完全燃烧状态下生成的。和之前所说的3种物质不同,NOx在柴油发动机中的排放量多,而汽油发动机的排放较少。原因是柴油发动机不用点火装置,自燃着火而燃烧的原理。我们通常将燃烧阶段分为「着火延迟期间」「预混合燃烧期间」「扩散燃烧期间」「后燃烧期间」这4个阶段。其中「预混合燃烧期间」产生爆发性燃烧发生高热,气缸内的温度急速上升。这时,会产生NOx。而且,NOx的成分N和O是在高温时促进反应,这是产生Nox的主要原因。

    PM和黒烟是在低温时不完全燃烧状态下生成的。和NOx一样,柴油发动机相比汽油发动机排放量较多的物质。这个原因也在于燃烧的特征。柴油发动机是向气缸内部喷射燃料,混合燃料和空气,混合状态通常不均一,而且在「扩散燃烧期间」和「后燃烧期间」气缸内的温度和圧力下降。这些燃烧状态恶化后,引起燃料的「蒸烧状态」=不完全燃烧状态。这时,产生PM和黑烟。另外一方面,汽油发动机通常向混合的混合气点火,这样发生不完全燃烧的燃烧过程短了,排放量少了。

    重型柴油机因为排放法规偏重于大负荷,保证进气量就是重型柴油机解决排放问题的前提。只有保证有足够的空气,才能保证燃油燃烧时有足够的氧气来防止过多的碳烟形成。在控制碳烟形成的前提下,才可能采取其它手段来控制NOX的排放。常规的机内NOX控制手段主要是通过推迟喷射和提高喷射速率,来缩短燃烧期,从而达到缩短气缸内气体高温的持续时间,降低NOX的形成。而要在较短的时间内进行有效的燃烧,同样需要有足够的空气。

    多气门和增压中冷都是提高进气量的有效手段。因此,从各个排放阶段的主要技术措施的发展看来,重型柴油机满足欧Ⅰ排放标准主要是采用增压,欧Ⅱ阶段则是采用增压中冷技术,欧Ⅲ阶段就要从电控燃油喷射方面着手,欧Ⅳ阶段在电控发动机的基础上增加了排气后处理技术。其间每一个排放升级阶段对燃烧系统(包括增压系统)的匹配越来越细致。纵观降低发动机排放的措施,可以分为两大类:发动机燃烧系统的优化和排气后处理技术。

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