SCR/DOC/DPF/EGR/水助动机三种技术原理

我国对柴油车尾气排放的审核标准一直在严控，近年来也在不断强化，国六政策已颁布，国五标准还没有实施几年，结果国六标准就要来了，很多合资车企、自主品牌的国四国五车在市场上贬值，而已售的车辆又面临着标准升级后怎样达标的困惑。国三车还能不能开？国四国五车又能保值多久？自己手上的旧车怎样才能达到国六标准？用户担心的问题接踵而来。
 
不仅对于用户和卡车生产厂家，对各个尾气处理设备的厂家来说也是一个巨大的考验，国六的颁布意味着柴油机尾气处理设备的技术要求更高，需要同时处理的化学物质更复杂，不是单单的一项技术就可以解决的，需要不同尾气处理技术的结合使用，取长补短，以达到理想的尾气净化效果。
 
目前柴油机尾气处理的主要技术有哪些？
 
柴油机尾气中的有害化学物质我想大家都了解，主要是有近地面排放的氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、和颗粒物（PM），这些化合物会散发出难闻的呛味，刺激人的呼吸道，对人体会造成非常严重的影响。据调查研究得出的概率，假如某市有机动车380辆左右，其中轻重型柴油车就有36万辆左右，PM2.5当中机动车污染源占比大概是41%，而柴油车排放的PM2.5占了全部机动车排放总量的大约86%，柴油车尾气对空气污染的比例比我们想象的要高很多。所以，整治柴油车污染是为了环境健康而不得不做的措施。
 
SCR选择性催化还原剂
 
SCR是利用尿素为还原剂，在选择性催化还原剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水，由于NH3可以选择性的与NOx反应而不是被氧气氧化，因此反应称为选择性的。车用尿素是我国治理环境、改善污染、拯救蓝天行动的重要产品，车用尿素作为汽车尾气处理液，能有效解决尾气排放的氮氧化物问题，效率的做到环保效果，对尾气中氮氧化物的达标处理有功不可没的作用。
SCR还原法的原理是，在催化剂的作用下，还原剂（NH3，尿素）与烟气中的NOX选择性地反应生成N2和H2O，而不是被O2氧化，因此被称为“选择性“，主要方程如下：
4NH 3 + 4NO + O 2 = 4N 2 + 6H2O
4NH3 + 2NO2 + O2 = 3N2 + 6H2O
尿素的热稳定性较差，在被加热到120~130 时，固体尿素直接成为气体，继续升温超过尿素的熔点 就可能因热解而产生缩合反应。尿素热解反应式为:
2NH2CONH2→NH2CoNHCONH2+NH3
NHzCONHCONH2+NH2CONH2→NH2CONHCONHCONH2+NH3
NH2CoNHz+2H20→(NH4)2CO3 →C02+2NH3+H20
NH2 CoNHCONHCONH2-(HCN0)3+NH3
尿素在80℃可以水解0.5%，110℃增加到3%，在145以上尿素的水解速度剧增。
国4的排放限值NOx从5.0降至3.5、 PM从1.0降至0.02（单位：g/kwh）。和国三发动机和其他技术手段国四发动机相比，采用SCR技术的国四发动机燃油消耗降低5%-7%的水平。SCR的工作原理是首先调整喷射软件及其他措施，在发动机气缸内让其充分燃烧，使本机的PM排放达到国四标准，而产生的NOx则是在车辆的排气系统中加上一套尿素喷射系统，通过“选择性催化还原”过程，将废气中的NOx转化为氮气和水排出车外。
SCR系统的工作原理是将还原剂喷入排气管，排气中的氮氧化合物在催化剂的作用下与还原剂反应后被还原成氨气和水。SCR系统目前采用的还原剂是车用尿素，但车用尿素是消耗品，必须定期添加，所以用车成本会提高。但实际上SCR需要添加的车用尿素水溶液消耗量仅为1:20，且购买便利。SCR在欧洲占主流，欧洲长途载货车通常采用SCR技术，而短途运输或者城市公交车则选择EGR+DPF技术。采用该技术路线的主要有康明斯、马克、底特律柴油发动机。
 
DPF颗粒捕集器
 
DPF是我国较为成熟的尾气处理产品，它的效果是有目共睹的。DPF的原理是通过蜂窝样式的陶瓷载体对尾气中的颗粒进行捕集燃烧来控制尾气的纯度。在相邻平行通道的两端交替封闭或开启，强制气流必须穿过通道壁面的毛细孔隙，黑烟颗粒由于粒径比较大，而无法通过微孔，被过滤在陶瓷孔壁表面，进而达到消除黑烟的效果通过表面和内部混合的过滤装置捕捉颗粒，例如扩散沉淀、惯性沉淀或者线性拦截，能够有效地净化排气中70％～90％的颗粒，是净化柴油机颗粒物有效、直接的方法之一，简单来说就是通过过滤来降低排气中颗粒物（PM）的一种装置。但随着工作时间的增加，滤芯内部的PM达不到完全燃烧，导致排气背压升高，当排气背压超过一定值时，会对柴油机的工作造成影响，甚至会堵住DPF颗粒捕集器。这时DPF就需要再生。
主动再生：利用外界能量来提高捕集器内的温度，使微粒着火燃烧；D被动再生：利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度，使微粒能在正常的柴油机排气温度下着火燃烧。
而主、被动再生方式有很多种方法，但根据资料显示，比较容易实现的有下面几种再生方式：喷油加热、电加热再生、DOC辅助DPF再生、微波加热再生和红外线加热再生。不过电加热电瓶的损害较大，并且不易在中小型车上实现。
DPF颗粒捕集器具有便于安装，提高了空间利用率。通过催化作用进行自体再生，提高了DPF的再生周期；耐热性、耐热冲击性优良；黑烟颗粒过滤效果比较高，一般为95％以上，已达到欧Ⅴ标准等特点。
 
EGR废气再循环系统
 
废气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的CO2等多原子气体，而CO2等气体不能燃烧却由于其比热容高而吸收大量的热，使气缸中混合气的最高燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量。高温、富氧是NOx生成的条件，两者缺一不可，所以把燃烧温度降低以后，抑制了NOx的生成。
EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。由于废气再循环量的改变会对不同的污染成份可能产生截然相反的影响，因此所谓的最佳状况往往是一种折衷的，使相关污染物总的排放达到方案。比方说，尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物（NOx）的排放有积极的影响, 但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的增加产生消极的影响。
 
DOC柴油机氧化催化器
 
DOC氧化催化器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、铑等贵重金属与稀有金属,可以将柴油机尾气中的有害排放物氧化成无害的排放物如水蒸气（H2O）和二氧化碳（CO2）；具有起燃快，起燃温度低，满足排放冷启动要求；良好的抗热性、抗机械冲击性；加入稀土元素，大大提高了催化剂的活性、抗毒性与抗烧结性；使用寿命长，背压低、容积小；实现发动机性能和排放匹配，满足国三和国四排放标准等特点。
 
 
水助动机技术
 
水助动机技术的原理，其实很容易理解，就是从发动机出下手，利用氢氧气能够提高柴油的燃烧速度的特性，提高柴油的燃烧率，促使柴油燃烧完全，从而减少未完全燃烧生成的颗粒物的排放。通过少量氢氧气的促燃作用，可以改善柴油发动机燃烧室的环境，促使发动机在做功冲程时将燃料燃烧完全，使膨胀做功后的燃气（即废气）在活塞推动下经排气门从排气管道排出气缸，至气门关闭。至此，排出气缸的废气中未完全燃烧的碳颗粒物将大大减少。
水助动机技术可以广泛适用于汽油、柴油、天然气等为动力的不同排量的车船，颗粒物降低85%以上，减排效果显著。 据调查，重型车节能10%左右，减少有害气体排放90%左右；轻型车节能20%左右，减少有害气体排放95%左右；同时增加动力输出10%以上。 尤其是油耗高、排放污染严重不达标的车辆，使用水助动机后的节能减排效果好，正常运行排放不达标的车辆，安装水助动机后，均能符合车辆环保检测要求。
 
 
对于柴油机来说，颗粒物PM（颗粒物）和NOx（氮氧化物）碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）是几大污染物，无论采用SCR还是EGR、DOC、POC、DPF其目的就是将污染物降低，达到环保目的，让柴油机的排放尾气更加清洁。
无论是之前的国四还是现在的国五以及以后的国六，国内的重卡多数采用的是SCR后处理系统，实现卡车的环保升级，SCR后处理系统必不可少。
EGR+DPF/DOC(废气再循环+微粒捕集器/氧化催化转换器)技术路线它以废气再循环为基础，在机内抑制NOx的产生，在机外后处理过程中采用微粒捕集器对微粒进行捕集。这一技术路线在北美市场占主流。当然，在控制柴油车尾气的同时，也增加了柴油车用户的使用成本。所以大家在购买尾气处理设备的同时需要根据实际情况来，选择合适的技术路线，合理支出，有效净化尾气。