重型柴油汽车国六后处理技术路线

2021-07-01陈建

装备维修技术 2021年50期

陈建

摘要：重型柴油汽车虽然数量上在全国汽车保有量中占比较少，但是排放的氮氧化物和颗粒物排放量分别约占机动车排放总量的57%和77%以上。随着排放法规的逐步加严，仅依靠机内净化技术已不能达到法规限值要求，还必须使用后处理技术来控制污染物。本文将在分析排气污染物的形成及危害的基础上，对重型柴油汽车国六后处理技术路线进行探讨，以供相关的工作人员参考借鉴。

关键词：国六;技术路线;发动机

1排气污染物的形成及危害

内燃机的燃料为碳氢化合物，燃烧时产生的主要有害污染物为：CO、HC、NOx、碳烟PM。发动机转速很高，混合、燃烧时间极短，出现熄火，未燃产物为HC;发动机起动、大负荷、变工况用浓混合气，导致不完全燃烧形成CO;燃烧最高温度1800℃以上，空气中的氮气氧化成各种氮的氧化物NOx;柴油机混合的不均匀性，在高温下缺氧燃料发生裂解、脱氢碳烟颗粒（微粒子）形成PM。其中，CO是一种有毒气体，其毒性在于和人体血红蛋白亲和，生成一氧化碳血红蛋白，它能阻碍人体血液中氧气的输送，引起头痛，虚脱，神智不清等症状和肌肉调节障碍等，致人死亡;有害污染物NOx，绝大部分为NO，一氧化氮能引起中枢神经麻痹和痉挛。人吸收一氧化氮会迅速氧化成有毒的二氧化氮，有强烈的腐蚀性和毒性;HC具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉、器官均有刺激作用，能引起急性喘息症。;柴油机排出的微粒有不同程度的致癌作用。

2技术路线

2.1EGR：废气再循环（ExhaustGasRecirculation）

其作用是将少部分发动机燃烧后产生的废气和新鲜空气混合后进入燃烧室，进行再次燃烧的技术，EGR有效抑制缸内温度，从而达到降低NOx的排放。

2.2DOC：氧化型催化器（DieselOxidationCatalyst）

其作用是净化尾气中的CO和HC。DOC一般以金属或陶瓷作为催化剂的载体，涂层中主要活性成分是铂、钯等贵金属与稀土金属，将NO氧化为NO2，提高POC/DPF的入口温度，NO2用来氧化氧化碳颗粒，效率可达40%-50%。在国六系统中，DOC至关重要，主要作用有：①降低HC排放一将尾气中未燃烧HC、润滑油HC氧化为H20和CO2。②将NO氧化为NO，NO，将DPF里面的碳颗粒氧化为气态的CO2。③氧化喷入排气管的燃油：氧化柴油放熱使DPF温度升高，DPF内碳与氧气反应为CO2。

2.3DPF颗粒捕捉器（DieselParticleFilter）

其通常配合EGR废气再循环装置，安装在柴油机的排气管上游，对排气中的5μm大微粒通过碰撞、拦截的方式进行捕集，对小于100nm的小微粒通过扩散方式进行捕集，这使得DPF的颗粒捕集效率高达95%以上。DPF采用壁流式过滤通道，内部由很多细小的孔道组成，相邻孔道一端出口封闭，一端入口封闭。孔道壁面有微孔，可使气流通过，所谓壁流式就是指排气出口封闭，排气只能强制从每个通道的壁面小孔互相“渗透”，同时捕集经过的微粒，这样相对于POC的直通式的捕集器须都会更高。但随着运行时间的增加，大量的颗粒堆积并堵塞DPF，会造成排气背压增加，导致发动机动力性能和经济性能恶化。因此，DPF必须及时清除附着的颗粒，即DPF的再生。

DPF再生过程分为主动和被动2种形式：

2.3.1被动再生

在300C左右NO2和C颗粒转化为CO2和NO，被动再生一般是指在过滤体表面涂覆催化剂或在燃油中添加催化剂以降低颗粒的氧化反应温度。

NO2氧化颗粒-条件（220℃-400℃）

2NO+02→2NO2

C+2NO2→CO2+2N0

2.3.2主动再生

在600℃左右将捕捉到的颗粒物燃烧成CO2排出去，柴油机在主动再生则是指通过外在提供能量增加排气或过滤体的温度，将颗粒燃烧掉。由于主动再生很多实际工况中处于低负荷状态，排气温度很低，被动再生受到一定的限制。因此，成为国六阶段必备的后处理技术，在国六的实际使用上是被动再生和主动再生同时使用。

CO2氧化颗粒-条件（>500℃）

4HC+5O2→2H2O+4CO2

C+O2→CO2

主动再生主要分为DPM路线和喷油器燃油后喷路线，喷池器燃油后喷技术路线是喷油器在做功冲程中后期将燃油喷入燃烧室内，然后随着废气排放到DOC中燃烧，提高排气温度，燃烧颗粒物。当收集的P颗粒物过多时，仅仅通过再生的方式已经不能完全清理干净，这时候就可能会用到市面上的一些清理DPF的设备，基本原理就是使用气泵来反吹DPF，将PM颗粒物给吹扫干净，可以达到与再生同样的目的。注意气压不应过高，否则易导致过滤层损坏。清灰效果的好坏也可以通过测量排气背压、重量测试等方法来检验，清灰设备一般同时具备有加热功能，共同用于后处理DPF再生清理。注意：DPF不建议采用水洗的清理方式，部分厂家也有使用CDPF或者SDPF，如果用水洗可能会破坏内壁催化剂涂层，使其失效。拉爵：DPF不建议采用水洗的满理方式。DPF通常就是常说的颗粒捕捉器，CDPF在此基础上采用了内壁涂覆催化剂涂层，促使部分的CO、HC氧化还原;而SD-PFP即所谓的SCR-DPF，也是在DPF内侧涂覆催化制涂层，但不同的是SDPF是用于还原尾气的部分NOx。

2.4SCR选择性催化还原器SCR（selectivecatalytiereduction）

其通过尿素喷射系统将尿素喷射到排气管中，在催化剂的作用下，使氮氧化物与尿素发生还原反应，从而达到去除氮氧化物的SCR技术通过优化燃油喷射系统和喷油提前正时，使燃油在高温高氧的条件下充分燃烧，在机内减少颗粒物优化发动机功率，再使用SCR技术降低因燃烧优化而产生的NOX排放。

（NH2）2CO（尿素）+H20→CO2+2HN3（二次污染）（水解反应）

4N0+4NH3+O2→4N2+6H2O （催化还原反应，排温>200℃）

2NO2+2NO+4NH3→4N2+6H2O （催化还原反应，排温>200℃）

2.5ASC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出大气。因此需要安装ASC装置以防止氨逃逸。氨逃逸催化器（ASC）在载体内壁使用贵金属等催化剂涂层，用于催化氧化废气，一般装在SCR后端。

2.5.1ASC的主要作用

（1）将过常的NH3氧化为N2、N2O、NOx。

NH3+O2→N2、N2O、NOx

（2）同时再催化NOx、NH3反应为氮气N2。

NH3+NOx→N2