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解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

来源:卡车之家 编辑:卡车之家 时间:2019-07-03

随着国六法规的推进,排放要求的提高,各大厂家也在不断探索全新的后处理技术,越来越多挑战在迎接着大家

解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

大家熟知EGR+SCR外,还搭配使用了不少后处理模块ASC - NSC - DPFcDPF/sDPF- DPM - DOC等,今天小轨就给大家一一讲解目前国六主流的技术方案

EGR+DPM+DOC+DPF+SCR+ASC

解读国六处理技术,为啥排气管那么长?


国六除了对NOx和PM排放进行了更严格的规定,规定了CO、HC、NH3等排放限值,同时增加PM排放的监控。

NOx和PM 的生成条件本身就是矛盾的,通过EGR系统减少NOx值的同时PM颗粒物排放就会增加,为了处理PM颗粒物的排放上述系统后处理中增加了DPF(颗粒物捕捉器)用来处理捕捉PM

但是DPF在捕捉到一定PM(即碳载量),便需要提升排放温度来再生DPF,于是便多出了DPM(博世HCI喷射系统),用于再生时给排气管喷射一定量的燃油,提升DPF的再生温度。

上述DPM+DPF组件在之前的文章中有专题写过,这就不赘述

系统布局一种主流的国六后处理技术方案除却ASC之外各个部件之前都有详细的讲解,但是唯有一个ASC大家可能并了解。

那么ASC又是什么呢?

ASC并不是指一个部件,全称为:氨逃逸催化器。由于车辆可能存在尿素泄露反应效率低等情况,尿素分解产生的氨气可能会未参与反应而直接排大气。这就需要安装ASC装置已防止氨逃逸。

氨逃逸催化器ASC)一般安装在 SCR 后端,它在载体内壁使用贵金属等催化剂涂层,用于还原废气的氨,ASC通过催化氧化作用降低 SCR 后端排气中的氨(NH3)的装置

解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

1、ASC的主要作用:

过量的NH3氧化为N2、N2O 、NOX

NH3+O2→N2、N2ONOX

同时再催化NOXNH3反应为氮气N2;

NOX+NH3→N2

2、NOX选择性转化效率:

转化效率指的是标准气模拟试验按指定的工况运行时,ASC入口和出口的NH3排放量的变化率,选择性即产物产量与反应物的转化量之比,计算公式如下:

解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

3、ASC性能指标

进行NH3转化效率试验275℃NH3转化效率不得低于70%,其余各温度点NH3的转化效率均不得低于80%。

关于耐久性,长期使用ASC发生老化现象,在ASC的快速老化试验老化后的NH3转化效率的下降量不得高于 15%, NOx 选择性转化效率的上升量不得高于 15%

EGR+HCI(燃油计量喷射系统)+DOC+(c)DPF+SCR+ASC


解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

该技术路线同上述基本相同,发动机内部引入低温EGR,减少气体的体积膨胀,这样就可以将更多的废气引入到气缸中,从而限制排放也有国六会监测EGR的废气温度

用于DPF再生的HCI燃油喷射系统功能相似于博世DPM系统,实现尾气的升温用于DPF再生cDPF在我们常说的DPF基础上增加了内壁涂覆催化剂涂层,充当了DOC的角色,促使部分的CO、HC氧化还原

DOC+DPF(后喷)+Hi-SCR


解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

上图就和我们之前的技术路线不同了,取消了EGR,代替的是高效SCR技术。取消EGR,通过调节节气门和EWG(电控废气控制阀)而改善进气量,使气缸进气充分,让燃油在气缸高温富氧条件下可以充分燃烧,将PM颗粒物完全去除。

但对应的就会产生更多的NOX,而高效SCR就需要更高性能的还原尾气。这里有个不同点,排气管上没有安装再生燃油喷射装置,因为这里是通过喷油器的后喷实现再生的。

喷油器在排气行程喷油将燃油顺着尾气送到DOC中燃烧,同样可以满足提升再生温度的要求,但是这样随着排气排出,燃油可能会附着在排气管内壁,有一定的燃油损失,也可能会产生黑烟,相比之下DPM燃油喷射系统的效率会更高。

无/低EGR+DOC+DPF+ SCR+ASC

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在国五当前就有厂家采用EGR的降氮氧原排的技术路线,国六也存在少数使用高效SCR策略,即通过降低EGR率或者不采用EGR技术,保证燃油在气缸中完全燃烧,这样可以有效去除PM颗粒物,提高发动机动力。

但对应的会增加氮氧原排,再通过一种高效的SCR还原技术来反应掉这部分氮氧(所谓的高效SCR即通过适当的增加尿素喷射压力,提高催化还原性能的一种技术,原理同国四/国五大致相同)。

那很多人就会有疑问,Hi-SCR技术取消EGR设计,让燃油充分燃烧,发动机的动力性更强,燃油经济性也会更好,而且只采用Hi-SCR也可以节省EGR和DPF的研发生产成本,为什么不广泛采用这种技术路线呢?

这是因为这样虽然没有PM产生,但所产生的氮氧化物浓度较高,需要相对较高的还原效率来实现,催化还原的技术上比较难实现。

而且随着反应箱使用年限增加,还原效率会越来越低,很难保证排放要求。这也就是为什么没有广泛采用这种技术路线的原因。


EGR+NSC+(c)DPF+SCR


解读国六处理技术,为啥排气管那么长?



该系统的布置与上其他布置完全不同,取消了DOC,增加了一个新的NSC系统,那么NSC系统究竟是干什么的?

1、基本介绍

NSC(Nox Storage Catalyst)也叫NOX捕捉捕集器,它的功能同DOC较类似,主要是氧化CH、CO等,同时增加了催化剂以降低NOX。目前NSC主要适用于轻卡,大车一般还是采用DOC来氧化碳氢等。

2、工作原理

NSC的工作原理依次是以下3个阶段:

(1)氨存储

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氨存储发生在尾气氧含量较大的环境下(即λ>1),在Pt等贵金属催化剂的作用下,NOX与Ba(CO3)2反应生成Ba(NO3)2,将NOX储存在Ba(CO3)2中。

(2)DeNOX转化


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氨存储就类似DPF,持续存储,一段时间后当Ba(NO3)2存储量达到上限,同样需要通过再生来转化掉存储的氨(Ba(NO3)2),通过喷油器的后喷喷油的不完全燃烧生成CO,形成氧含量较少(即λ<1)的环境,再和存储的Ba(NO3)2还原生成CO2和N2。

(3)DeSOX转化


解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

尾气中同时含有少量的DeSOX,DeSOX的转化一般发生在再生结束后,反应也需要高温以及氧含量少的环境条件,趁着再生的高温将硫化物还原,一般持续5分钟左右。跟Ba(NO3)2的再生不同,它的含量较少,所以不需要很高的再生频率。

3、转化效率

从系统图可以看出,NSC项目一定会在NSC前后加装两个氧传感器,通过测量前后端的氧含量的偏差,来判断NSC对于NOX的转化效率。


解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

既然NSC可以实现NOX的去除,为什么还需要加装SCR系统呢?

上图为NOX转化效率图,蓝色、红色曲线分别为新、旧NSC系统的转化效率,同样在T1温度下,NOX的转化效率已经可以达到很高了。

但是随着系统老化,或者是排温的变化,平均转化效率基本稳定在60%以下,还不足以满足国六法规要求,所以这里依旧需要SCR来还原掉剩余的NOX。

4、常见的NSC系统配置


解读国六处理技术,为啥排气管那么长?

以上为常见欧六标准的NSC系统配置,以NSC替代DOC系统,NSC+cDPF+SCR技术为主流,也有部分厂家将SCR尿素喷嘴布置于DPF前端,此时使用的DPF为sDPF即所谓的SCR-DPF,相同的也是在DPF内侧涂覆催化剂涂层,但不同的是sDPF是用于还原尾气的部分NOX。(文/卡车之家特约作者:共轨之家)

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