国六排放标准后处理系统工作原理，排放要求的提高

北京驰洋汽车贸易有限公司发布时间：2022-07-23 09:14:18

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，越来越多的挑战在迎接着大家。除大家熟知的EGR SCR外，还搭配使用了不少后处理模块，ASC - NSC - DPF（cDPF/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国六除了对NOx和PM排放进行了更严格的规定，还规定了CO、HC、NH3等排放限值，同时也会增加对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颗粒物的排放就会增加，为了处理PM颗粒物的排放，上述系统在后处理中增加了DPF（颗粒物捕捉器）用来处理捕捉PM。但是DPF在捕捉到一定量的PM时（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。注：上述DPM DPF组件在之前的文章中有专题写过，这边就不再赘述。该系统的布局是一种主流的国六后处理技术方案，除却ASC之外，各个部件之前都有过详细的讲解，但是唯有一个ASC大家可能并不了解。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出大气。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，用于还原废气中的氨，ASC通过催化氧化作用降低 SCR 后端排气中的氨（NH3）的装置。1、ASC的主要作用：将过量的NH3氧化为N2、N2O 、NOX；NH3 O2→N2、N2O、NOX同时再催化NOX、NH3反应为氮气N2;NOX NH3→N22、NOX选择性转化效率：转化效率指的是标准气模拟试验台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：3、ASC的性能指标进行NH3转化效率试验，275℃时NH3的转化效率不得低于70%，其余各温度点NH3的转化效率均不得低于80%。关于耐久性，长期使用的ASC发生老化现象，在ASC的快速老化试验时，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该技术路线同上述基本相同，往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的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。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。