返回

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

2018-08-17 封狼居胥

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

【卡车之家 约稿】国六发动机已经蓄势待发,然而我们很多人对于国六发动机还有很多疑惑,我们发动机有什么污染物呢?这些污染物怎么生成的?各大国六发动机厂家都采用什么技术了呢?这些技术都有什么特点呢?形成了什么样的技术路线呢?这些技术路线有什么不同?下面我们将一一为卡友解惑。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

排放物:污染物的定义和危害

所谓国六发动机就是满足国家第六阶段排放法规的发动机。从此处就能看出排放的重要性,我们国六发动机排放技术主要处理对象是哪些成分呢?氮氧化物和微粒。

氮氧化物:在内燃机排放的氮氧化物中占压倒性多数的是一氧化氮,其主要来源是参与燃烧的空气中的氮,而汽油和轻柴油本身含氮很少,不足以产生显著的氮氧化物排放,只有重质燃油可能含有千分之几的氮,可能从排期中有一部分所谓的“燃油氮氧化物”。

氮氧化物其中有一氧化氮和二氧化氮两种成分,一氧化氮是无色气体,本身毒性不大,但在空气中缓慢氧化成二氧化氮,二氧化氮就不是那么“温柔”了。

二氧化氮是褐色气体具有强烈的刺激味,被吸入人体后与水结合成硝酸,引起咳嗽、气喘甚至肺气肿和心急损伤。氮氧化物是在地面附近形成含有有毒臭氧的光化学烟雾的主要因素之一。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

▲图1:二氧化氮

微粒:对于柴油机而言,排放中最重要的就是微粒了,这也就是为什么有的城市要求加装DPF(微粒捕集器)的原因。

柴油机排放的微粒,主要成分是碳,其粒度一般小于0.3um,可长期悬浮在空气中而不沉降,会深入人肺深部造成机械性超负荷,碳粒上还吸附有硫酸盐及多种有机物质,有不同程度的诱变和致癌作用。

排放物:污染物的产生

为什么空气中氮气为啥会引起氮氧化物排放呢?正如我们之前所了解的氮气是稳定性较好的气体,比如给汽车充气就用氮气,我们不可否认氮气的稳定性,但是氮气的稳定也是相对而言,在发动机缸内,燃烧温度在2000摄氏度,在这种高温下氮气也就没那么稳定了。

生成的活性氮原子与空气中氧气结合生成氮氧化物,但是氧气大部分被燃油燃烧掉了,所以生成的大部分污染物是一氧化氮,进而在大气中慢慢氧化生成二氧化氮。

从前所述可知,影响氮氧化物生成的主要因素是温度和氧气,进一步分析的话就是通过这两个方面抑制氮氧化物的生成了。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

▲图2:EGR循环示意图

微粒的产生的主要原因是可燃混合气不均匀,燃烧不充分,形成未完全燃烧的碳粒,这些碳粒吸附有害物就成了我们日常所说的微粒。

微粒的产生与于柴油机的压燃和喷油方式有莫大的关系,正如卡友所知道的一样,柴油机是缸内直喷,混合气形成时间过短,混合气混合不均匀。如果采用与汽油机相似的混合气形成方式,然而这样就会引起柴油机工作粗暴。

排放物:污染物处理措施

对于氮氧化物我们最简单的方法就是我们的常说的EGR(废气再循环)。

什么叫废气再循环呢?就是把燃烧后的废气引入到缸内,这样能带来什么呢,主要就是降低了缸内燃烧温度,抑制了最高温度自然就抑制了氮氧化物的生成。

引入废气再循环能降低氧气浓度,能改变柴油机富氧状态吗?当然是不能的,柴油机大部分都是富氧燃烧的。

引入EGR为什么能降低温度?当然是因为缸内新鲜空气少了,喷油量少,缸内温度当然降低了。

引入EGR会带来什么坏处呢?单位气缸容积的做功能力降低了,也就是动力性降低了。

其次引入EGR会使微粒的排放增加,当然是因为缸内有废气,影响了混合气形成,有部分燃油没有与新鲜空气相结合,形成更多的微粒。

还有复杂一些的后处理技术,喷尿素等等,也就是我们生活中说的SCR(选择性催化还原系统)技术,喷这些东西干嘛用呢?当然是还原氮氧化物,把氮氧化物还原成N2,也就是还原成氮气。

那我们要不要两个技术都使用呢?大部分国六发动机都需要,目前用一个就可以,以后排放法规继续加严就要两个技术一块用了。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

▲图3:渣土车微粒排放

正如法规对微粒的限定,评价微粒排放一是从质量上,二是从数量上

正是因为微粒法规的加严,通过简单的高压共轨的机内净化已经无法满足排放法规,所以就需要加装微粒捕集器。

这是一个慢慢发展的过程,从之前只规定微粒质量,到也规定数量。在只规定质量的时候,只需要增加喷射压力就能满足排放法规,通过增加喷射压力,燃油液滴直径减少,燃烧之后的碳粒直径也就相应的减少,体现在排放上就是总的微粒质量降低。

虽然排放质量降低了,但是危害却是更大了,这是为什么呢?这主要是在于微粒粒径太小,吸入肺部反而不能正常的新陈代谢,所以加装微粒捕集器就显得很有必要。

既然说到微粒捕集器,就不得不说再生技术。通过高温燃烧,将微粒捕集器上沾附的碳粒清除,实现捕集器再生。再生技术会引起捕集器效率降低,当效率低于一定限值时就需要更换了。

各大厂家的技术路线

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

在国六阶段,单一的技术已经很难满足法规,所以就出现了技术路线

主要处理技术简述

下面一一说明各个厂家技术路线中各个装置代表的含义

EGR(废气再循环):正如前文所述,主要是为了降低缸内的燃烧温度,实现降低氮氧化物,废气再循环的加入会使发动机的动力性降低,所以有的厂家就不采用废气再循环或者减少废气再循环率;

DOC(氧化催化转化器):在国四阶段的DOC是为了实现微粒催化转化,现阶段的DOC是为了实现一氧化碳和碳氢化合物的氧化处理;

DPF(微粒捕集器):将尾气中的未氧化的微粒捕集到捕集器中,在这其中有主动再生和被动再生;

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

▲图4:DPF(微粒捕集器)

主动再生是指在通过外在提供能量是DPF内部温度达到颗粒物氧化燃烧所需的温度而实现的再生;而被动再生主要是指在过滤体表面涂覆催化剂或在燃油中添加催化剂,以降低碳烟所需的氧化反应温度。

与主动再生相比,被动再生需要的温度较低,可以实现DPF的连续再生,而主动再生需要的温度较高,故需要额外的升温措施或利用催化剂来降低碳烟的燃烧温度。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

SCR(选择性催化还原系统):考虑到氨的腐蚀性、毒性和强刺激性,目前最流行的SCR还原剂是尿素,在尾气后处理器中喷射尿素,发生氧化还原反应,将氮氧化物还原为氮气,进而实现对氮氧化物的处理;

随着氮氧化物传感器的成功开发与应用,尿素的喷射控制策略已经从开环控制发展到了闭环控制模式。通过闭环控制,可以精确的控制尿素的喷射量,以减少氨气的泄漏;

ASC(氨氧化催化器)就是把还原剂换成氨,DOC和ASC均能够显著提高SCR转化效率,利用氨降低氮氧化物排放;

HiSCR(碳氢催化转化器),大量的研究表明,乙醇作为还原剂时,氧气的存在会提高氮氧化物的转化率,同时水蒸汽的存在也会促进低温时的反应速率。但存在一氧化碳的生成量会急剧增加,通过SCR催化器和氧化催化器的配合使用。

未来选择性催化还原系统可能也会退出舞台,进而使用氮氧化物捕集器,但是这一进步依赖于技术的进步和成本的降低,目前对于厂家和用户而言,使用选择性催化还原系统是最佳选择。

形成技术路线及对比

现代柴油车的排放控制,需要机内技术与后处理技术结合使用。随着日趋严格的排放法规,柴油机后处理技术必须能够同时降低一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和微粒的排放。

这就需要同时安装能够降低四种污染物后处理装置,同时还需考虑各装置之间的影响与协同作用。

DOC+DPF +SCR的技术方案

这种技术方案的系统集成主要应用与轻型柴油车领域,其中DOC和DPF紧凑的布置在最前端,这样可以充分的利用发动机排气口的高温来促进DPF的被动再生。使用SCR还原氮氧化物甚至碳氢化合物。

DOC+DPF+尿素SCR的技术方案

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

▲图5:SCR(选择性催化还原系统)布置方案

这种技术方案主要是针对于中重型柴油车。方案可分为DPF在上游和SCR在上游两类,表3列出了两类技术方案的主要优缺点。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

当DPF在SCR上游时,优点是DPF的再生容易实现,油耗低;而当SCR在DPF上游时,主要的优点就是SCR的起燃特性好。

总结

小编不能说那种技术路线更好,这要根据厂家对产品的质量把控程度,卡友们在选择国六发动机要选择具有好口碑的大公司,这些大公司无论采取什么技术路线,都是会选择稳妥的方案

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

卡友们要想选择稳定性更好的发动机,小编认为在购买时需要考虑厂家所采用的技术是不是第一次使用,那些在现有技术上进行微改的产品系列稳定性要更好。

展望一下未来国六更新型发动机,小编认为对柴油机可以分为以下两类:

(1)对于轻型柴油车,排放控制的主要技术是稀燃氮氧化物捕集器(LNT)与氮氧化物选择性还原(SCR)、涂覆SCR催化剂(SCRF)的组合等。主要发展方向是在满足排放法规的前提下使后处理系统的尺寸与成本尽可能的低

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?

(2)对于重型柴油车,排放控制的主要技术是DPF与尿素SCR催化的组合。未来发动机排放处理方向是提高DPF再生时的燃油经济性和改善SCR技术的低温特性,以及满足SCR技术的新型催化剂和还原剂,实现更加清洁和经济的燃烧。

国六发动机蓄势待发,对于国六技术,你真的了解吗?点击图片进入卡车之家商城购买SPC正品机油


卡车人,你好!

你想在闲暇之余赚点外快吗?

你想在信息的海洋留下自己的一叶扁舟吗?

你想在熟悉又陌生的内容创作领域实现自我价值吗?

点击这里,成为卡车之家特约作者,欢迎您的加入。


特别声明:
本文由@封狼居胥 原创发布于卡车之家APP。未经许可,禁止转载。
本文为卡车之家特约作者撰写,仅代表该作者观点。卡车之家仅提供信息发布平台。

发动机国六特约作者