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什么是氮氧化物和颗粒物?看完秒懂!
来源: | 作者:卡车之家 | 发布时间: 2020-12-06 | 76 次浏览 | 分享到:
       随着国六排放限规不断临近,越来越多的车企开始深度布局国六车型。其中,在国六标准中,颗粒物和氮氧化物的排放标准限值也会进一步加严。
       作为发动机主要排放物的颗粒物和氮氧化物,到底是如何产生的呢?在国六标准下会怎么抑制颗粒物和氮氧化物的产生呢?降低颗粒物和氮氧化物的排放有什么难点呢?这份老司机宝典一定请你收好,有关于汽车尾气的氮氧化物和颗粒物的内容都在里面了,看完秒懂!

▎发动机的尾气有哪些? 主要就是颗粒物和氮氧化物

       首先来说,颗粒物和氮氧化物是如何产生的。发动机尾气是指柴油发动机燃烧柴油后喷出的气体,气体中的主要排放物就是颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)。
老司机宝典 氮氧化物和颗粒物看完秒懂!
       在空气中,主要成分是氮气,其次才是是氧气,其中氮气占比约为78%。车辆在工作时,发动机的活塞在气缸中运行一个循环时要经过进气、压缩、点火燃烧和排气多个过程。

       在压缩和点火燃烧等过程中会产生高压高温的缸内状态。在理想状态下,发动机的缸内燃烧过程是可以完全消耗掉可燃混合气体(燃油+空气)中的氧原子,并不会产生氮氧化物,而现实是,燃油与空气的混合是不均匀的,剩余的可燃混合气(燃油+空气)在高温高压和电火花等多重因素的影响下,产生化学反应形成氮氧化物。
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       尾气中的颗粒物主要是由碳烟、可溶性有机物以及硫酸盐组成。当柴油高压喷入燃烧室,压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。在这种工作方式之下,燃油与空气的混合是不均匀的,不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。
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       在如此状态下时,极易炭化从而形成碳烟。而可溶性有机物的生成有是来自于机油的燃烧;硫化物颗粒的生成主要是源自燃料中的硫成分。

▎只能尽力抑制 国六时代我们应该怎么解决?

       那么就有问题了,有没有什么方法可以不让车辆尾气中排出这两种物质呢?

       答案是,不可能完全不排出,只能尽力抑制。

       目前我们处于化石燃料时代,内燃机仍是我们的主力动力来源,作为其“胎里带”的属性,不论我们怎么改进发动机技术,怎么提升燃油品质,氮氧化物和颗粒物总是不可避免的会产生。
       
       
目前,氮氧化物和颗粒物已经成为全球各国和车企紧盯的“妖孽”,努力的通过法规限制和技术升级来抑制这两个产物的排出。


       如何进行抑制?我们主要是靠两种方法,一种是努力提高发动机的燃烧效率和燃油品质,从源头上减少氮氧化物和颗粒物的产生;还有一种是通过微粒捕集器(DPF)或微粒催化转换器(DOC),针对燃烧产生的微粒进行处理的EGR(废气再循环)技术。从而降低碳烟颗粒物(PM)的数量
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       但这样做虽然可以降低颗粒物的排放数量,但是会产生更多的氮氧化物。针对于此,我们推出了SCR(选择性催化还原技术)系统。就是在催化剂的作用下,喷入还原剂氨或尿素,把尾气中的氮氧化物(NOx)还原成氮气(N2)和水(H2O),从而降低氮氧化物的产生。
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       而如今也即将进入国六时代,虽然之前的方法行之有效,但是氮氧化物和颗粒物的排放值仍然较高。在国六时代,抑制氮氧化物和颗粒物的思路还是和国五大致相似。
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       在国六阶段,关于后处理系统的情况大致如下:EGR(废气再循环技术,非必须)+SCR(选择性催化还原技术)+DOC(微粒催化转换器)+DPF(微粒捕集器)+ASC(氨逃逸催化器,非必须),其中,SCR+DOC+DPF为必需技术。
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       其中的EGR(废气再循环技术),就是通过EGR装置将燃烧后的废气经过中冷后再次引入缸内燃烧,一方面是为了实现充分再燃烧,另一方面,通过废气加入后,会减少新鲜空气进气量,缸内燃烧温度降低,从而抑制氮氧化物的生成。
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       除了采用EGR技术之外,还有一种被称之为非EGR的技术。据了解,此款技术在前端通过车辆ECU对进气系统进行精准控制,使得空气跟燃油达成一个良好的燃烧匹配状态;减少氮氧化物的产生,同时加大SCR(选择性催化还原技术)喷射量,因为SCR(选择性催化还原技术)的作用就是在尾气后处理器中喷射尿素或还原剂氨,将氮氧化物还原为氮气。

       相对来说,废气再循环技术(EGR)目前已经较为成熟,同时工作的状态会相对稳定,不足之处是汽车废气在燃烧室内不参与燃烧。 主要是通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力,以减少氧化氮的生成量。
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       而且进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。因为减低了燃烧室的温度,也就相应的减低了汽缸压力,对发动机动力性略有影响,同时这项处理系统相对复杂,无形中也增加了成本。

       通过后处理技术在后端解决污染物排放的方式的优点就是没有EGR系统成本,对动力和燃油经济性的影响较小,但是尿素或还原剂氨的用量相对会增加,而且对后处理系统性能要求比较苛刻。

▎难点颇多 如何降低成本成为厂商新挑战


       从技术层面我们来看,国六后处理系统运用了和新增了很多东西,比如温度传感器的增加,氮氧化物传感器的增加,同时还引入了压力传感器和悬浮颗粒传感器。此外还有诸如向OBD在线诊断检测等系统的增加,同样增加了厂家的技术难度。
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       并且,由于后处理系统装置使用了很多贵金属和特殊材料,而且增加了很多线束与传感装置,再加上ECU控制策略的变化,以及发动机本体的技术升级,对于卡友来说,国六车型的售价也会比国五车型高,增加了购车成本。
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       根据康明斯排放处理系统(中国)有限公司总工程师柴永全分析,通过目前的现状来看,部分整车企业、发动机企业和后处理技术企业面对排放升级做出规划是协同性并不好,如果说整车、发动机和后处理企业能够达到协同一致的状态,那么开发成本也会极大降低。
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       所以,在后处理系统发展中,除了技术开发难点之外,如何将整车、发动机和后处理系统的整体规划有效的高度集成,最大限度地降低开发维护成本,创造最大的价值也是目前各大厂商企业面临的重大挑战。


【文章来源:卡车之家/张夼源