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为什么柴油机做到尾气“洁净”这么难?

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浏览:- 发布日期:2017-05-18 10:12:18【

虽然柴油机以自身扭矩大、经济性好、动力足等优势在国外盛行,却始终进不了国内的主流发动机行列,更多的还是在尾气监管不严的城市外围活跃,究其主因还是由于柴油机的尾气处理要比汽油机复杂的多,毕竟排放清洁也是需要付出代价的。

尾气排放

柴油机的尾气构成

柴油机是通过把柴油高压喷入已压缩到温度很高的空气中迅速混合、自燃而工作。油气混合气体不像汽油那么均匀,总有部分燃料不能完全燃烧,分解为以炭为主体的微粒,同时混合气不均匀,燃烧室中局部温度过高,并且过量空气,导致氮氧化物NOx和微粒PM大量生成。同时柴油机由于燃烧时空气量较多,一氧化氮CO和碳氢化合物较少。

1、微粒

微粒燃料不完全燃烧的产物,又俗称PM,可致癌,是目前雾霾中的主要成分。微粒中含有炭烟粒子和碳氢化合物组成,其中碳氢化合物可通过溶解或加热分解成可溶性有机成分。炭烟粒子主要在高温缺氧环境下生成且过程较为复杂。当混合气浓度有增加至一定程度后,微粒的排放随着浓度增加而快速增加。

2、氮氧化物NOx

NOx主要是在高温富氧,相对有较充裕反应时间的条件下生成。当混合气浓度过高,氧气浓度决定NOx的生成量;当混合气浓度过稀时,温度越高NOx生成越多。因此,柴油机多数时间属于混合气过稀,温度过高,容易生成氮氧化物NOx。

氮氧化物是柴油机尾气控制的重点,同样也是汽油机排放控制重点。他们之间在同一个数量等级上。

3、一氧化碳CO

一氧化碳是不完全燃烧的产物,柴油机是过量空气燃烧,产生的CO有足够的空气在膨胀做功过程中氧化为二氧化碳,因此柴油机尾气中的一氧化碳CO含量很低,几乎可以忽略不计。

4、碳氢化合物HC

柴油机尾气中的碳氢化合物主要是混合气过稀的情况下产生,特别在低负荷时,同时冷启动燃烧室温度过低,反应不能及时进行,HC排放相对较大。但事实上,柴油机一般是富氧燃烧,HC和CO比汽油机少多了。

5、烟

柴油机为扩散燃烧,所以烟是一个问题。因此柴油机工作时如果混合气组织不好,就会导致滚滚黑烟,所以造成了柴油机在我们心中的印象总是很差,总觉得柴油机就是不环保的机器,即使汽油机排出大量的无色不可见的有毒气体HC和CO。

柴油机的尾气处理方式

如果柴油机的尾气经过完善处理之后,其污染指标全面秒杀汽油机。但这个完善处理到底有多棘手?整理目前常见的5种尾气处理技术,你就能发现处理柴油机尾气并不是一件容易的事情。

1、废气再循环(EGR)

废气再循环EGR,全称为Exhaust Gas Recirculation。内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术,主要目的为降低排出气体中的NOx与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。

废气处理

柴油机的NOx排放主要在大、中负荷时产生:EGR率15%时可减少50%的NOx排放;EGR率在25%时可减少80%的NOx排放。虽EGR废气再循环系统可减少NOx排放,但会让微粒排放增多,因此需结合其他技术同时应用。

2、选择性催化还原(SCR)

选择性催化还原SCR(Selective Catalyst Reduction)主要采用氨类物质(氨气、氨水和尿素)或各种碳氢化合物(柴油和乙醇)。催化剂采用一些金属结合物或人造沸石等。其反应原理尿素在高温作用下产生氨气,在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOx,排出N2,多余的NH3也被还原为N2,生成水和氮气。

废气处理2

催化剂作用是降低反应的活化能,使反应温度降低至合适区间(250℃~500℃)从而去除排气中绝大部分的NOx,同时降低部分HC和CO排放。现在部分机内净化能力较低的柴油机多采用此技术,但因需要按时添加尿素,会增加使用成本和小部分油耗,因此正真使用的时候很少。

3、柴油机氧化催化器(DOC)

柴油机氧化催化器DOC(Diesel oxidation catalyst)工作温度在200~350℃,将柴油燃烧后的排放物,例如CO、HC和SOF等进行氧化,然后产生CO2和H2O。但DOC并不能将污染物完全氧化,其转换效率分为CO:70-90%;HC:60-80%;SOF:40-50%。然而氧化催化的转化效率受柴油中的硫含量和排气温度影响。若硫含量变多,容易产生过多的硫酸盐,造成微粒增多。因此,只有用低硫柴油才能保证氧化催化效果。

废气处理3

4、柴油机微粒捕集器(DPF)

柴油机微粒捕集器DPF(Diesel particulate filter)是国际上公认的微粒排放后处理最佳方式。其主要工作方式是排气通过微粒捕集器,过滤体将排气中的微粒捕集于过滤体内并适时燃烧,从而达到净化排气的目的

过滤机理主要采用扩散机理、拦截机理、惯性机理和综合过滤机理。扩散机理如同河流三角洲沉积沙一样,采用布朗运动作用微粒扩散至壁面和微孔附近,微粒直径越小,排气温度越高,作用越明显;拦截机理就是采用过滤孔进行拦截,大于孔直径的微粒不能通过;惯性碰撞机理利用微粒惯性流动,但气流出现流线弯曲时,微粒因惯性存在继续直着前行,碰撞到过滤体。

废气处理4

根据工作原理分为被动再生(A)和主动再生(B)。被动再生,是指只要达到特定温度和压力条件,过滤器收集到的颗粒物就会被处理掉。主动再生,是指当车辆达不到特定反应条件,需要系统主动的创作条件来处理颗粒物(比如,加热)。

5、氮氧化物存储式催化转化器(NSC

氮氧化物存储式催化转化器(NOx Storage Catalyst)它的工作原理是先把NOx存起来,等到一定的时机再进行再生处理,系统性地转换成氮气。但NSC需要贵金属,效率也不高50%-80%,另外标定过程也是复杂…

废气处理5

鉴于柴油车的排放标准在逐年提升,因此,相对应的柴油机的尾气处理技术也在不断的排列组合,以期迎合愈加严苛的排放要求。比如国IV(欧IV):DOC+EGR,基本满足;国V(欧V):DOC+EGR+DPF,可达标;国VI(欧VI):DOC+EGR+DPF+SCR,没有SCR是不行的。即使如此,有的时候现实的使用状况也是令人担忧的。

不过令人欣慰的是,随着技术手段的不断升级完善,一种新的尾气处理技术可以完全取代上述尾气处理手段极其组合,并且更加的简单且方便使用,这就是极速汽车尾气处理器。

极速汽车--洁净尾气处理

相较于之前的尾气处理技术,极速汽车是可以从根源上阻止废气污染物的产生和排放,以空气物理缓冲原理和提前燃油泡沫化技术,在不影响动力输出的基础上根据实际的路况和发动机转速“按需”吸入所需燃油量,并且在发动机内充分燃烧,保证吸入燃料的完全利用,没有多余燃料浪费,自然也不会存在不完全燃烧所导致的多余废气污染物排放。

极速汽车能够有效减少柴油机至少40-90%的废气污染物的排放,甚至在工况理想的稳定条件下,可以实现“零排放”的清洁尾气,这在尾气污染如此严重的今天,你还能找出更好的替代手段吗?

极速汽车改善尾气

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