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伴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后處理技術,越來越多的挑戰在迎接著大家。
除大家熟知的EGR+SCR外,還搭配使用了不少后處理模塊,ASC - NSC - DPF(cDPF/sDPF)- DPM - DOC等,今天新飛冷藏車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
國六對NOx和PM排放有了更嚴的規定,另外規定了CO、HC、NH3等排放限值,同時也會增加對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顆粒物的排放就會增加,為了處理PM顆粒物的排放,上述系統在后處理中增加了DPF(顆粒物捕捉器)用來處理捕捉PM。
但是DPF在捕捉到一定量的PM時(碳載量),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。
該系統的布局是一種主流的國六后處理技術方案,有一個ASC大家可能并不了解。
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出大氣。這就需要安裝ASC裝置已防止氨逃逸。
氨逃逸催化器(ASC)大多安裝在 SCR 后端,它在載體內壁使用貴金屬等催化劑涂層,用于還原廢氣中的氨,ASC通過催化氧化作用降低 SCR 后端排氣中的氨(NH3)的裝置。
1、ASC的作用:
將過量的NH3氧化為N2、N2O 、NOX;
NH3+O2→N2、N2O、NOX
同時再催化NOX、NH3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臺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:
3、ASC的性能指標
進行NH3轉化效率試驗,275℃時NH3的轉化效率不得低于70%,其余各溫度點NH3的轉化效率均不得低于80%。
對于耐久性,長期使用的ASC發生老化現象,在ASC的快速老化試驗時,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%。
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的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。
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較高。
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。
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,它功能和DOC較類似,主要是氧化CH、CO等,并且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: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: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: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。
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
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。
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