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康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

2019-07-25 04:00:00 天天向左002
卡车之家
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安安心心扫地

康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

其实从国家层面来讲,国五升级国六只有一个要求:逐渐改善与更好的(空气)环境。

所以,相关政府部门会提出来一些强制执行的具体标准,至于发动机和整车厂在设计的时候采取哪种技术路线,国家是没有具体要求的。

所以,我们看到有的国六发动机有EGR有的没有EGR,有的发动机有第七喷油嘴有的没有……路线不一样,所要达到的目的却是一样的。

那么近期,我们就用一个系列的文章,来解读一下国家对于国五升级国六的具体要求,以及作为发动机巨头的康明斯是如何应对这一排放升级的。

为了大家更好理解文中英文意思列出部分名词解释:

SCR:选择性催化还原

DPF:壁流式颗粒物过滤器

DOC:氧化催化器

NOx:氮氧化物

HC:碳氢化合物

CO:一氧化碳

PM:颗粒物(质量)

PN:颗粒物(数量)

PEMS:移动式车载排放检测

OBD:车载自动诊断监控系统康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

从上面可以看出,汽车污染物主要有氮氧化合物(NOx)、颗粒物(PM、PN)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO),而这四类当中,前氮氧化合物和颗粒物是最重要的两个污染源,所以各种技术路线升级也主要都是围绕着这两类进行的。

康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

今天的第一期,咱们就先来聊一聊氮氧(NOX)化物排放问题

从表中可以看出,国六加严了污染物NOX排放限值,国六NOX(氮氧化物)限值加严了77%。

我们可以看到,国五NOX排放限值是2.0mg/kwh;国六NOX排放限值是0.4mg/kwh。但是从NOX的处理效率来说国四约为70%,国五达到了85%,而国六则会达到95%以上。

相对于国五来说,国六NOX处理效率实际上只提升了十个百分点。别小看这个处理效率只提升了十个百分点,技术难度可不小。其难点主要有两个:

一、低温氮氧化物催化转化的问题

之前的国四和国五技术已经将大部分容易消灭的NOX消灭的差不多了。打个比方:就跟打仗消灭敌人似的,在山头的敌人我们用步枪就已经干掉了大部分,但是躲在坑道里的小部分的敌人用步枪则无法干掉,只能通过飞机,大炮来轰炸。

同样道理像低温低速的时候产生的一些NOX在国四国五阶段就没有办法去处理,因为我们知道当排气管温度较低的时候SCR后处理的催化转化效果是很差的,加上低温SCR容易结晶堵塞。

所以国四国五阶段对于低温低速这一块的NOX排放是没有严格要求的,到了国六阶段必须要解决掉这些隐藏较深的“顽敌”,就需要调动“大炮”来干掉这些NOX。

康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

▲ 康明斯国六技术路线

国六SCR系统普遍使用的是铜基催化器,铜基催化器的优点是:低温催化转化效果好,NOX转化率高,耐高温烧蚀。

但是铜基催化器对于硫含量很敏感。在国四国五阶段SCR普遍采用的是钒基(五氧化二钒)催化器,钒基催化器低温催化转化效果很差,但是钒基催化器最大的优点是对于硫不敏感。所以当初选择钒基催化器也是迫不得已而为之。

而今,国六柴油标准早以全国实施,所以,规则制定者理所当然地认为我们加的应该都是国六柴油了吧!正所谓庙堂之上哪管江湖之远!

当然,国六SCR除了采用铜基催化器还有一套排气热管理系统来解决低温催化困难的问题。我们后面在谈到热管理系统的时候再说。

康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

二、燃烧效率与氮氧化物排放量的矛盾问题

国六柴油发动机比国五燃烧效率高,国五比国四柴油发动机燃烧效率高。燃烧效率越高就会产生越多的NOX。NOX排放越多后处理SCR工作压力也越大。

所以,国六的时候,“敌人”更多也更难以消灭。需要说明的是:燃烧效率高,产生的NOX越多就会越省油。

这里我们简单回顾一下NOX产生的机理:NOX的来源主要是燃烧时候多余空气中的氮和氧(稀薄燃烧),限制多余空气参与燃烧就可以限制NOX的产生。但是因为柴油粘度大,与空气充分混合困难的原因,只有大量大量富余空气参与燃烧才能做到高效燃烧。康明斯国六技术全景解读(1):关于氮氧化物的排放

所以哪怕在如今困难重重的国六排放阶段,我们看到的中重卡依然普遍采用了稀薄燃烧加SCR来换取燃油消耗的经济性。而对于燃料经济性敏感程度较低的小排量柴油机和天然气发动机则更多采用了当量比燃烧的方式来规避NOX排放高的问题。

当然,有些厂家有特殊技术,它可以在稀薄燃烧和当量燃烧之间自由转换,所以有人说现在的柴油机是汽油机和柴油机的合体!具体技术我们后面再讲。

以上个人浅见,欢迎批评指正。喜欢的可以关注我,谢谢!(文/卡家号:天天向左002)

卡家号