對於國六發動機技術,你真的了解嗎?

【卡車之家 約稿】國六發動機已經蓄勢待發，然而我們很多人對於國六發動機還有很多疑惑，我們發動機有什麼汙染物呢？這些汙染物怎麼生成的？各大國六發動機廠家都採用什麼技術了呢？這些技術都有什麼特點呢?形成了什麼樣的技術路線呢？這些技術路線有什麼不同？下面我們將一一為卡友解惑。

▎排放物：汙染物的定義和危害

所謂國六發動機就是滿足國家第六階段排放法規的發動機。從此處就能看出排放的重要性，我們國六發動機排放技術主要處理對象是哪些成分呢？氮氧化物和微粒。

氮氧化物：在內燃機排放的氮氧化物中佔壓倒性多數的是一氧化氮，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，不足以產生顯著的氮氧化物排放，只有重質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和二氧化氮兩種成分，一氧化氮是無色氣體，本身毒性不大，但在空氣中緩慢氧化成二氧化氮，二氧化氮就不是那麼「溫柔」了。

二氧化氮是褐色氣體具有強烈的刺激味，被吸入人體後與水結合成硝酸，引起咳嗽、氣喘甚至肺氣腫和心急損傷。氮氧化物是在地面附近形成含有有毒臭氧的光化學煙霧的主要因素之一。

▲圖1：二氧化氮

微粒：對於柴油機而言，排放中最重要的就是微粒了，這也就是為什麼有的城市要求加裝DPF（微粒捕集器）的原因。

柴油機排放的微粒，主要成分是碳，其粒度一般小於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械性超負荷，碳粒上還吸附有硫酸鹽及多種有機物質，有不同程度的誘變和致癌作用。

▎排放物：汙染物的產生

為什麼空氣中氮氣為啥會引起氮氧化物排放呢？正如我們之前所了解的氮氣是穩定性較好的氣體，比如給汽車充氣就用氮氣，我們不可否認氮氣的穩定性，但是氮氣的穩定也是相對而言，在發動機缸內，燃燒溫度在2000攝氏度，在這種高溫下氮氣也就沒那麼穩定了。

生成的活性氮原子與空氣中氧氣結合生成氮氧化物，但是氧氣大部分被燃油燃燒掉了，所以生成的大部分汙染物是一氧化氮，進而在大氣中慢慢氧化生成二氧化氮。

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，進一步分析的話就是通過這兩個方面抑制氮氧化物的生成了。

▲圖2：EGR循環示意圖

微粒的產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日常所說的微粒。

微粒的產生與於柴油機的壓燃和噴油方式有莫大的關係，正如卡友所知道的一樣，柴油機是缸內直噴，混合氣形成時間過短，混合氣混合不均勻。如果採用與汽油機相似的混合氣形成方式，然而這樣就會引起柴油機工作粗暴。

▎排放物：汙染物處理措施

對於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）。

什麼叫廢氣再循環呢?就是把燃燒後的廢氣引入到缸內，這樣能帶來什麼呢，主要就是降低了缸內燃燒溫度，抑制了最高溫度自然就抑制了氮氧化物的生成。

引入廢氣再循環能降低氧氣濃度，能改變柴油機富氧狀態嗎？當然是不能的，柴油機大部分都是富氧燃燒的。

引入EGR為什麼能降低溫度？當然是因為缸內新鮮空氣少了，噴油量少，缸內溫度當然降低了。

引入EGR會帶來什麼壞處呢？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，當然是因為缸內有廢氣，影響了混合氣形成，有部分燃油沒有與新鮮空氣相結合，形成更多的微粒。

還有複雜一些的後處理技術，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）技術，噴這些東西幹嘛用呢？當然是還原氮氧化物，把氮氧化物還原成N2，也就是還原成氮氣。

那我們要不要兩個技術都使用呢？大部分國六發動機都需要，目前用一個就可以，以後排放法規繼續加嚴就要兩個技術一塊用了。

▲圖3：渣土車微粒排放

正如法規對微粒的限定，評價微粒排放一是從質量上，二是從數量上。

正是因為微粒法規的加嚴，通過簡單的高壓共軌的機內淨化已經無法滿足排放法規，所以就需要加裝微粒捕集器。

這是一個慢慢發展的過程，從之前只規定微粒質量，到也規定數量。在只規定質量的時候，只需要增加噴射壓力就能滿足排放法規，通過增加噴射壓力，燃油液滴直徑減少，燃燒之後的碳粒直徑也就相應的減少，體現在排放上就是總的微粒質量降低。

雖然排放質量降低了，但是危害卻是更大了，這是為什麼呢？這主要是在於微粒粒徑太小，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。通過高溫燃燒，將微粒捕集器上沾附的碳粒清除，實現捕集器再生。再生技術會引起捕集器效率降低，當效率低於一定限值時就需要更換了。

▎各大廠家的技術路線

在國六階段，單一的技術已經很難滿足法規，所以就出現了技術路線

▎主要處理技術簡述

下面一一說明各個廠家技術路線中各個裝置代表的含義

EGR（廢氣再循環）：正如前文所述，主要是為了降低缸內的燃燒溫度，實現降低氮氧化物，廢氣再循環的加入會使發動機的動力性降低，所以有的廠家就不採用廢氣再循環或者減少廢氣再循環率；

DOC（氧化催化轉化器）：在國四階段的DOC是為了實現微粒催化轉化，現階段的DOC是為了實現一氧化碳和碳氫化合物的氧化處理；

DPF（微粒捕集器）：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；

▲圖4：DPF（微粒捕集器）

主動再生是指在通過外在提供能量是DPF內部溫度達到顆粒物氧化燃燒所需的溫度而實現的再生；而被動再生主要是指在過濾體表面塗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溫度。

與主動再生相比，被動再生需要的溫度較低，可以實現DPF的連續再生，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。

SCR（選擇性催化還原系統）:考慮到氨的腐蝕性、毒性和強刺激性，目前最流行的SCR還原劑是尿素，在尾氣後處理器中噴射尿素，發生氧化還原反應，將氮氧化物還原為氮氣，進而實現對氮氧化物的處理；

隨著氮氧化物傳感器的成功開發與應用，尿素的噴射控制策略已經從開環控制發展到了閉環控制模式。通過閉環控制，可以精確的控制尿素的噴射量，以減少氨氣的洩漏；

ASC(氨氧化催化器)就是把還原劑換成氨，DOC和ASC均能夠顯著提高SCR轉化效率，利用氨降低氮氧化物排放；

HiSCR（碳氫催化轉化器），大量的研究表明，乙醇作為還原劑時，氧氣的存在會提高氮氧化物的轉化率，同時水蒸汽的存在也會促進低溫時的反應速率。但存在一氧化碳的生成量會急劇增加，通過SCR催化器和氧化催化器的配合使用。

未來選擇性催化還原系統可能也會退出舞臺，進而使用氮氧化物捕集器，但是這一進步依賴於技術的進步和成本的降低，目前對於廠家和用戶而言，使用選擇性催化還原系統是最佳選擇。

▎形成技術路線及對比

現代柴油車的排放控制，需要機內技術與後處理技術結合使用。隨著日趨嚴格的排放法規，柴油機後處理技術必須能夠同時降低一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和微粒的排放。

這就需要同時安裝能夠降低四種汙染物後處理裝置，同時還需考慮各裝置之間的影響與協同作用。

DOC+DPF +SCR的技術方案

這種技術方案的系統集成主要應用與輕型柴油車領域，其中DOC和DPF緊湊的布置在最前端，這樣可以充分的利用發動機排氣口的高溫來促進DPF的被動再生。使用SCR還原氮氧化物甚至碳氫化合物。

DOC+DPF+尿素SCR的技術方案

▲圖5：SCR（選擇性催化還原系統）布置方案

這種技術方案主要是針對於中重型柴油車。方案可分為DPF在上遊和SCR在上遊兩類，表3列出了兩類技術方案的主要優缺點。

當DPF在SCR上遊時，優點是DPF的再生容易實現，油耗低；而當SCR在DPF上遊時，主要的優點就是SCR的起燃特性好。

▎總結

小編不能說那種技術路線更好，這要根據廠家對產品的質量把控程度，卡友們在選擇國六發動機要選擇具有好口碑的大公司，這些大公司無論採取什麼技術路線，都是會選擇穩妥的方案。

卡友們要想選擇穩定性更好的發動機，小編認為在購買時需要考慮廠家所採用的技術是不是第一次使用，那些在現有技術上進行微改的產品系列穩定性要更好。

展望一下未來國六更新型發動機，小編認為對柴油機可以分為以下兩類：

（1）對於輕型柴油車，排放控制的主要技術是稀燃氮氧化物捕集器（LNT）與氮氧化物選擇性還原（SCR）、塗覆SCR催化劑（SCRF）的組合等。主要發展方向是在滿足排放法規的前提下使後處理系統的尺寸與成本儘可能的低；

（2）對於重型柴油車，排放控制的主要技術是DPF與尿素SCR催化的組合。未來發動機排放處理方向是提高DPF再生時的燃油經濟性和改善SCR技術的低溫特性，以及滿足SCR技術的新型催化劑和還原劑，實現更加清潔和經濟的燃燒。

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