國六柴油車后處理系統(tǒng)精講

國六柴油車后處理系統(tǒng)精講一、汽車排放物（一）污染物的定義和危害所謂國六發(fā)動機(jī)就是滿足國家第六階段排放法規(guī)的發(fā)動機(jī)。從此處就能看出排放的重要性，我們國六發(fā)動機(jī)排放技術(shù)主要處理對象是哪些成分呢？氮氧化物和微粒。.氮氧化物NOX：在內(nèi)燃機(jī)排放的氮氧化物中占壓倒性多數(shù)的是一氧化氮NO,其主要來源是參與燃燒的空氣中的氮，而汽油和輕柴油本身含氮很少，不足以產(chǎn)生顯著的氮氧化物排放，只有重質(zhì)燃油可能含有千分之幾的氮，可能從排期中有一部分所謂的“燃油氮氧化物”。氮氧化物其中有一氧化氮NO和二氧化氮NO2兩種成分，一氧化氮NO是無色氣體，本身毒性不大，但在空氣中緩慢氧化成二氧化氮NO2，二氧化氮NO2就不是那么“溫柔”了。二氧化氮NO2是褐色氣體具有強(qiáng)烈的刺激味，被吸入人體后與水結(jié)合成硝酸，引起咳嗽、氣喘甚至肺氣腫和心急損傷。氮氧化物NOX是在地面附近形成含有有毒臭氧的光化學(xué)煙霧的主要因素之一。.微粒：對于柴油機(jī)而言，排放中最重要的就是微粒了，這也就是為什么有的城市要求加裝DPF（微粒捕集器）的原因。柴油機(jī)排放的微粒，主要成分是碳，其粒度一般小于0.3um，可長期懸浮在空氣中而不沉降，會深入人肺深部造成機(jī)械性超負(fù)荷，碳粒上還吸附有硫酸鹽及多種有機(jī)物質(zhì)，有不同程度的誘變和致癌作用。（二）污染物的產(chǎn)生為什么空氣中氮?dú)鈺鸬趸锱欧拍?？正如我們之前所了解的氮?dú)馐欠€(wěn)定性較好的氣體，比如有時(shí)給汽車充氣就用氮?dú)?，我們不可否認(rèn)氮?dú)獾姆€(wěn)定性，但是氮?dú)獾姆€(wěn)定也是相對而言，在發(fā)動機(jī)缸內(nèi)，燃燒溫度在2000攝氏度，在這種高溫下氮?dú)庖簿蜎]那么穩(wěn)定了。生成的活性氮原子與空氣中氧氣結(jié)合生成氮氧化物NOX，但是氧氣大部分被燃油燃燒掉了，所以生成的大部分污染物是一氧化氮NO,進(jìn)而在大氣中慢慢氧化生成二氧化氮NO2。從前所述可知，影響氮氧化物生成的主要因素是溫度和氧氣，進(jìn)一步分析的話就是通過這兩個(gè)方面抑制氮氧化物NOX的生成了。微粒的產(chǎn)生的主要原因是可燃混合氣不均勻，燃燒不充分，形成未完全燃燒的碳粒，這些碳粒吸附有害物就成了我們?nèi)粘Ｋf的微粒。微粒的產(chǎn)生與于柴油機(jī)的壓燃和噴油方式有莫大的關(guān)系，正如大家所知道的一樣，柴油機(jī)是缸內(nèi)直噴，混合氣形成時(shí)間過短，混合氣混合不均勻。如果采用與汽油機(jī)相似的混合氣形成方式，然而這樣就會引起柴油機(jī)工作粗暴。（三）污染物處理措施對于氮氧化物我們最簡單的方法就是我們的常說的EGR（廢氣再循環(huán)）。什么叫廢氣再循環(huán)呢？就是把燃燒后的廢氣引入到缸內(nèi)，這樣能帶來什么呢，主要就是降低了缸內(nèi)燃燒溫度，抑制了最高溫度自然就抑制了氮氧化物的生成。引入廢氣再循環(huán)能降低氧氣濃度，能改變柴油機(jī)富氧狀態(tài)嗎？當(dāng)然是不能的，柴油機(jī)大部分都是富氧燃燒的。引入EGR為什么能降低溫度？當(dāng)然是因?yàn)楦變?nèi)新鮮空氣少了，噴油量少，缸內(nèi)溫度當(dāng)然降低了。引入EGR會帶來什么壞處呢？單位氣缸容積的做功能力降低了，也就是動力性降低了。其次引入EGR會使微粒的排放增加，當(dāng)然是因?yàn)楦變?nèi)有廢氣，影響了混合氣形成，有部分燃油沒有與新鮮空氣相結(jié)合，形成更多的微粒。還有復(fù)雜一些的后處理技術(shù)，噴尿素等等，也就是我們生活中說的SCR（選擇性催化還原系統(tǒng)）技術(shù)，噴這些東西干嘛用呢？當(dāng)然是還原氮氧化物NOX，把氮氧化物還原成氮?dú)釴2o那我們要不要兩個(gè)技術(shù)都使用呢？大部分國六發(fā)動機(jī)都需要，目前用一個(gè)就可以，以后排放法規(guī)繼續(xù)加嚴(yán)就要兩個(gè)技術(shù)一塊用了。正如法規(guī)對微粒的限定，評價(jià)微粒排放一是從質(zhì)量上，二是從數(shù)量上。正是因?yàn)槲⒘７ㄒ?guī)的加嚴(yán)，通過簡單的高壓共軌的機(jī)內(nèi)凈化已經(jīng)無法滿足排放法規(guī)，所以就需要加裝微粒捕集器。這是一個(gè)慢慢發(fā)展的過程，從之前只規(guī)定微粒質(zhì)量，到也規(guī)定數(shù)量。在只規(guī)定質(zhì)量的時(shí)候，只需要增加噴射壓力就能滿足排放法規(guī)，通過增加噴射壓力，燃油液滴直徑減少，燃燒之后的碳粒直徑也就相應(yīng)的減少，體現(xiàn)在排放上就是總的微粒質(zhì)量降低。雖然排放質(zhì)量降低了，但是危害卻是更大了，這是為什么呢？這主要是在于微粒粒徑太小，吸入肺部反而不能正常的新陳代謝，所以加裝微粒捕集器就顯得很有必要。既然說到微粒捕集器，就不得不說再生技術(shù)。通過高溫燃燒，將微粒捕集器上沾附的碳粒清除，實(shí)現(xiàn)捕集器再生。再生技術(shù)會引起捕集器效率降低，當(dāng)效率低于一定限值時(shí)就需要更換了。二、部分汽車廠家的技術(shù)路線在國六階段，單一的技術(shù)已經(jīng)很難滿足法規(guī)，所以就出現(xiàn)了技術(shù)路線。廠家發(fā)動機(jī)系列來用的技術(shù)路線EG陲璉外其他系列EGR+DOC+DPF+SCR低DOC+DPFi-SCR+ASC無般WP2.3N.WP3N等EGR+DOC+DPF4-SCR低WP10H.WP12.WP13DOC+DPF+HiSCR無康明盟ISD4lISB5、ISD7,ISLS.9DQC-DPF4式R無江西irt■玲JE493.JE4D28DOCtDPFfSCR+ASC無從目前的技術(shù)來看，柴油卡車實(shí)現(xiàn)國六排放可以分為帶有EGR和無EGR兩種技術(shù)線路。EGR簡單來說就是排氣再循環(huán)系統(tǒng)的意思，就是把燃燒后的廢氣重新充入缸里，在這之中還分為冷EGR和熱EGR。國六技術(shù)線路主要有EGR+DOC+DPF+SCR路線和無EGR+Hi_SCR（高效選擇性催化還原系統(tǒng)）兩種技術(shù)路線。首先來說一下帶有EGR的技術(shù)線路，以EGR+DOC+DPF+SCR為代表的技術(shù)路線是最為普遍的技術(shù)路線，在這中間又分為高、中、低EGR三種模式。在動力性方面，低EGR對動力影響不大，但是高EGR就對動力性影響很大。由于缸內(nèi)廢氣的增多，新鮮空氣的減少，形成的可燃混合氣體就會減少，混合氣體燃燒速度降低，燃燒反應(yīng)速度減弱，同時(shí)缸內(nèi)壓力降低，最終會影響發(fā)動機(jī)的爆發(fā)力。當(dāng)然了，EGR也是有它的優(yōu)勢的，首先就是它能排放降低，后處理穩(wěn)定性更好。同時(shí)EGR還能降低缸內(nèi)燃燒溫度，使其不具備產(chǎn)生氮氧化物的條件，從而降低排放。而無EGR技術(shù)的好處就是在動力性和經(jīng)濟(jì)性上更有優(yōu)勢，由于這種技術(shù)路線沒有EGR等零部件，這也避免了后處理系統(tǒng)的故障，同時(shí)后處理的溫度也更低，對散熱的要求也更低，并且沒有EGR之后，對于發(fā)動機(jī)的動力也不再有影響。但是無EGR+Hi_SCR的技術(shù)路線目前還只是少部分發(fā)動機(jī)企業(yè)可以使用，其中最主要的技術(shù)難點(diǎn)就是Hi-eSCR（高效選擇性催化還原系統(tǒng)）的開發(fā)，據(jù)了解，目前國內(nèi)只有濰柴具有Hi-eSCR的應(yīng)用技術(shù)，由于這種技術(shù)沒有DPF處理系統(tǒng)，所以也減少了DPF帶來的維護(hù)成本。三、國六后處理系統(tǒng)技術(shù)簡述現(xiàn)代柴油車的排放控制，需要機(jī)內(nèi)技術(shù)與后處理技術(shù)結(jié)合使用。隨著日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，柴油機(jī)后處理技術(shù)必須能夠同時(shí)降低一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物和微粒的排放。這就需要同時(shí)安裝能夠降低四種污染物后處理裝置，同時(shí)還需考慮各裝置之間的影響與協(xié)同作用。（一）國六后處理系統(tǒng)主要變化.國六主要新增DOC、DPF后處理系統(tǒng)（ASC集成在SCR內(nèi)后端）；.ECU硬件及軟件做了全新升級；.部分配置EGR系統(tǒng)；如濰柴9H及以上排量發(fā)動機(jī)不帶EGR系統(tǒng)，9H以下排量發(fā)動機(jī)帶EGR系統(tǒng)。.新增多個(gè)傳感器和執(zhí)行器（二）主要組成介紹.DOC：氧化型催化器DieselOxidationCatalyst.DPF：壁流式顆粒捕集器DieselParticulateFilter.SCR：選擇性催化還原SelectiveCatalyticReduction

ASC：氨氣氧化催化器AmmoniaSlipCatalystEGR：廢氣再循環(huán)系統(tǒng)ExhaustGasRecirculation四、國六后處理系統(tǒng)新增的傳感器和執(zhí)行器在國五只有SCR的基礎(chǔ)上，后處理需增加DOC、DPF和ASC,才能滿足國六階段的排放要求；也因此，需要增加系列傳感器、執(zhí)行器和閉環(huán)控制策略，以支持DOC-DPF-SCR的監(jiān)測、控制和正常工作。T：排氣溫度傳感器共4個(gè),從左至右依次為：DOC上游排溫傳感器、DPF上游排溫傳感器、SCR上游排溫傳感器和SCR下游排溫傳感器。NOx：NOx傳感器共2個(gè)，分別為上游NOx傳感器和下游NOx傳感器。AP：壓差傳感器用于計(jì)算DPF捕集的碳載量。燃油噴射（1）可增加額外的燃油噴射系統(tǒng)“第7支噴油器”，自低壓油路取油）;“第7支噴油器”布置在上游NOx傳感器后；（3）也可借用噴油器的中遠(yuǎn)后噴，代替“第7支噴油器”。五、國六后處理系統(tǒng)各組成部分的主要作用（一）氧化型催化器DOC的主要作用在國四階段的DOC是為了實(shí)現(xiàn)微粒催化轉(zhuǎn)化，國六階段的DOC是為了實(shí)現(xiàn)一氧化氮NO和碳?xì)浠衔颒C的氧化處理。.降低HC排放：將尾氣中未燃燒的HC、潤滑油HC氧化為H0、CO；2 2.將N0氧化為N02：NO,將DPF捕集的碳顆粒氧化為氣態(tài)的CO?;.氧化噴入排氣管的燃油：氧化柴油放熱使DPF溫度升高，DPF內(nèi)碳與氧氣反應(yīng)為C02o（二）壁流式顆粒捕集器DPF的主要作用用于捕集尾氣中的顆粒，以滿足國六排放對顆粒數(shù)量（PN）的要求。通過表面和內(nèi)部混合的過濾裝置捕捉顆粒，例如擴(kuò)散沉淀、慣性沉淀或者線性攔截。DPF能夠有效地凈化排氣中70%—90%的顆粒，是凈化柴油機(jī)顆粒物最有效、最直接的方法之一。典型的DPF再生方式DPF主動再生方式DPF被動再生方式噴油助燃蒯中尉口助鷹衢除1電加熱（前端或埋入式）DPF涂覆催出劑微波加熱產(chǎn)生再生反應(yīng)物，時(shí)口—氧彳跑尾氣中噴入可燃物，如燃油星氣噴入反應(yīng)劑、如雙氧水噌加機(jī)內(nèi)后蟋，推遲噴油將尾氣中的未氧化的微粒捕集到捕集器中，在這其中有主動再生和被動再生。主動再生是指在通過外在提供能量使DPF內(nèi)部溫度達(dá)到顆粒物氧化燃燒所需的溫度而實(shí)現(xiàn)的再生；而被動再生主要是指在過濾體表面涂覆催化劑或在燃油中添加催化劑，以降低碳煙所需的氧化反應(yīng)溫度。與主動再生相比，被動再生需要的溫度較低，可以實(shí)現(xiàn)DPF的連續(xù)再生，而主動再生需要的溫度較高，故需要額外的升溫措施或利用催化劑來降低碳煙的燃燒溫度。DPF再生時(shí)儀表盤顯示一覽：當(dāng)DPF捕集到一定程度的PN后就需要再生，否則發(fā)動機(jī)排氣背壓上升，工作狀態(tài)惡化，嚴(yán)重影響性能及油耗，更有甚者為堵死DPF導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法工作。如何安全快速的再生已成為DPF的關(guān)鍵技術(shù)，DPF再生，將DPF收集的顆

粒物（主要為碳粒）氧化為氣態(tài)的二氧化碳（氧化劑為。2或no2）,從而使得DPF恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)。再生速率取決于DPF內(nèi)收集的顆粒質(zhì)量，以及DPF內(nèi)的溫度。I1&守中中叼I施柴油箱I1&守中中叼I施柴油箱DPF"ARNING「Il ■ r -京京Q（三）選擇性催化還原SCR的主要作用考慮到氨的腐蝕性、毒性和強(qiáng)刺激性，目前最流行的SCR還原劑是尿素，在尾氣后處理器中噴射尿素，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將氮氧化物還原為氮?dú)?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對氮氧化物的處理。隨著氮氧化物傳感器的成功開發(fā)與應(yīng)用，尿素的噴射控制策略已經(jīng)從開環(huán)控制發(fā)展到了閉環(huán)控制模式。通過閉環(huán)控制，可以精確的控制尿素的噴射量，以減少氨氣的泄漏。.尿素水溶液噴入排氣管中，水解為氨氣NH；3.氨氣NH3在SCR中，將尾氣中的氮氧化物NOx還原為無毒的氮?dú)釴2。未來選擇性催化還原系統(tǒng)可能也會退出舞臺，進(jìn)而使用氮氧化物捕集器，但是這一進(jìn)步依賴于技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，目前對于廠家和用戶而言，使用選擇性催化還原系統(tǒng)是最佳選擇。（四）氨氣氧化催化器ASC的主要作用就是把還原劑換成氨，DOC和ASC均能夠顯著提高SCR轉(zhuǎn)化效率，利用氨降低氮氧化物排放。消除過量或逃逸的氨氣NH：3.將過量的氨氣Nq氧化為\、NO.NOx；NH+02-\、\0、NOx.同時(shí)，再催化NOx、N”反應(yīng)為氮?dú)釯NOx+NH3-N（五）廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR的主要作用主要是為了降低缸內(nèi)的燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物，廢氣再循環(huán)的加入會使發(fā)動機(jī)的動力性降低，所以有的廠家就不采用廢氣再循環(huán)或者減少廢氣再循環(huán)率。冷卻液徘氣

小結(jié)國六為了滿足PN、NH的要求，國六后處理體積明顯增大，重量是國五同3排量發(fā)動機(jī)后處理的3倍；同時(shí)國六后處理開發(fā)及制造技術(shù)難度大，重金屬含量高，所以成本以數(shù)萬元記。如博世國六重卡后處理系統(tǒng)原理圖:U“l(fā)啊1*1下可-卡^^1f5一aj￥ILb.虜|p^51'?n■E邑JI忡正MW1EHFEb^tnfi卜中洪1!唱「飛U“l(fā)啊1*1下可-卡^^1f5一aj￥ILb.虜|p^51'?n■E邑JI忡正MW1EHFEb^tnfi卜中洪1!唱「飛EmetineE他eu止jirl口"問口izi心ft，irn%qrMTtSC?(Oottwtf)Grijjinr-CDC-.aiil1卸，g,j中