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解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

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隨著國六法規的推進,排放要求的提高,各大廠家也在不斷探索全新的后處理技術,越來越多挑戰在迎接著大家

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?


大家熟知EGR+SCR外,還搭配使用了不少后處理模塊ASC - NSC - DPFcDPF/sDPF- DPM - DOC等,今天小軌就給大家一一講解目前國六主流的技術方案

EGR+DPM+DOC+DPF+SCR+ASC

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

國六除了對NOx和PM排放進行了更嚴格的規定,規定了CO、HC、NH3等排放限值,同時增加PM排放的監控。

NOx和PM 的生成條件本身就是矛盾的,通過EGR系統減少NOx值的同時PM顆粒物排放就會增加,為了處理PM顆粒物的排放上述系統后處理中增加了DPF(顆粒物捕捉器)用來處理捕捉PM

但是DPF在捕捉到一定PM(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。

上述DPM+DPF組件在之前的文章中有專題寫過,這就不贅述

系統布局一種主流的國六后處理技術方案除卻ASC之外各個部件之前都有詳細的講解,但是唯有一個ASC大家可能并了解。

那么ASC又是什么呢?

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大氣。這就需要安裝ASC裝置已防止氨逃逸。

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,用于還原廢氣的氨,ASC通過催化氧化作用降低 SCR 后端排氣中的氨(NH3)的裝置

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

1、ASC的主要作用:

過量的NH3氧化為N2、N2O 、NOX

NH3+O2→N2、N2ONOX

同時再催化NOXNH3反應為氮氣N2;

NOX+NH3→N2

2、NOX選擇性轉化效率:

轉化效率指的是標準氣模擬試驗按指定的工況運行時,ASC入口和出口的NH3排放量的變化率,選擇性即產物產量與反應物的轉化量之比,計算公式如下:

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

3、ASC性能指標

進行NH3轉化效率試驗275℃NH3轉化效率不得低于70%,其余各溫度點NH3的轉化效率均不得低于80%。

關于耐久性,長期使用ASC發生老化現象,在ASC的快速老化試驗老化后的NH3轉化效率的下降量不得高于 15%, NOx 選擇性轉化效率的上升量不得高于 15%

EGR+HCI(燃油計量噴射系統)+DOC+(c)DPF+SCR+ASC

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

該技術路線同上述基本相同,發動機內部引入低溫EGR,減少氣體的體積膨脹,這樣就可以將更多的廢氣引入到氣缸中,從而限制排放也有國六會監測EGR的廢氣溫度

用于DPF再生的HCI燃油噴射系統功能相似于博世DPM系統,實現尾氣的升溫用于DPF再生cDPF在我們常說的DPF基礎上增加了內壁涂覆催化劑涂層,充當了DOC的角色,促使部分的CO、HC氧化還原

DOC+DPF(后噴)+Hi-SCR

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上圖就和我們之前的技術路線不同了,取消了EGR,代替的是高效SCR技術。取消EGR,通過調節節氣門和EWG(電控廢氣控制閥)而改善進氣量,使氣缸進氣充分,讓燃油在氣缸高溫富氧條件下可以充分燃燒,將PM顆粒物完全去除。

但對應的就會產生更多的NOX,而高效SCR就需要更高性能的還原尾氣。這里有個不同點,排氣管上沒有安裝再生燃油噴射裝置,因為這里是通過噴油器的后噴實現再生的。

噴油器在排氣行程噴油將燃油順著尾氣送到DOC中燃燒,同樣可以滿足提升再生溫度的要求,但是這樣隨著排氣排出,燃油可能會附著在排氣管內壁,有一定的燃油損失,也可能會產生黑煙,相比之下DPM燃油噴射系統的效率會更高。

無/低EGR+DOC+DPF+ SCR+ASC

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在國五當前就有廠家采用EGR的降氮氧原排的技術路線,國六也存在少數使用高效SCR策略,即通過降低EGR率或者不采用EGR技術,保證燃油在氣缸中完全燃燒,這樣可以有效去除PM顆粒物,提高發動機動力。

但對應的會增加氮氧原排,再通過一種高效的SCR還原技術來反應掉這部分氮氧(所謂的高效SCR即通過適當的增加尿素噴射壓力,提高催化還原性能的一種技術,原理同國四/國五大致相同)。

那很多人就會有疑問,Hi-SCR技術取消EGR設計,讓燃油充分燃燒,發動機的動力性更強,燃油經濟性也會更好,而且只采用Hi-SCR也可以節省EGR和DPF的研發生產成本,為什么不廣泛采用這種技術路線呢?

這是因為這樣雖然沒有PM產生,但所產生的氮氧化物濃度較高,需要相對較高的還原效率來實現,催化還原的技術上比較難實現。

而且隨著反應箱使用年限增加,還原效率會越來越低,很難保證排放要求。這也就是為什么沒有廣泛采用這種技術路線的原因。

EGR+NSC+(c)DPF+SCR

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該系統的布置與上其他布置完全不同,取消了DOC,增加了一個新的NSC系統,那么NSC系統究竟是干什么的?

1、基本介紹

NSC(Nox Storage Catalyst)也叫NOX捕捉捕集器,它的功能同DOC較類似,主要是氧化CH、CO等,同時增加了催化劑以降低NOX。目前NSC主要適用于輕卡,大車一般還是采用DOC來氧化碳氫等。

2、工作原理

NSC的工作原理依次是以下3個階段:

(1)氨存儲

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氨存儲發生在尾氣氧含量較大的環境下(即λ>1),在Pt等貴金屬催化劑的作用下,NOX與Ba(CO3)2反應生成Ba(NO3)2,將NOX儲存在Ba(CO3)2中。

(2)DeNOX轉化

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氨存儲就類似DPF,持續存儲,一段時間后當Ba(NO3)2存儲量達到上限,同樣需要通過再生來轉化掉存儲的氨(Ba(NO3)2),通過噴油器的后噴噴油的不完全燃燒生成CO,形成氧含量較少(即λ<1)的環境,再和存儲的Ba(NO3)2還原生成CO2和N2。

(3)DeSOX轉化

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尾氣中同時含有少量的DeSOX,DeSOX的轉化一般發生在再生結束后,反應也需要高溫以及氧含量少的環境條件,趁著再生的高溫將硫化物還原,一般持續5分鐘左右。跟Ba(NO3)2的再生不同,它的含量較少,所以不需要很高的再生頻率。

3、轉化效率

從系統圖可以看出,NSC項目一定會在NSC前后加裝兩個氧傳感器,通過測量前后端的氧含量的偏差,來判斷NSC對于NOX的轉化效率。

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

既然NSC可以實現NOX的去除,為什么還需要加裝SCR系統呢?

上圖為NOX轉化效率圖,藍色、紅色曲線分別為新、舊NSC系統的轉化效率,同樣在T1溫度下,NOX的轉化效率已經可以達到很高了。

但是隨著系統老化,或者是排溫的變化,平均轉化效率基本穩定在60%以下,還不足以滿足國六法規要求,所以這里依舊需要SCR來還原掉剩余的NOX。

4、常見的NSC系統配置

解讀國六處理技術,為啥排氣管那么長?

以上為常見歐六標準的NSC系統配置,以NSC替代DOC系統,NSC+cDPF+SCR技術為主流,也有部分廠家將SCR尿素噴嘴布置于DPF前端,此時使用的DPF為sDPF即所謂的SCR-DPF,相同的也是在DPF內側涂覆催化劑涂層,但不同的是sDPF是用于還原尾氣的部分NOX。(文/卡車之家特約作者:共軌之家)

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