一，氮氧化物是現(xiàn)階段柴油機(jī)的主要污染源
氮氧化物對(duì)于環(huán)境的污染與黑煙對(duì)于環(huán)境的污染一樣嚴(yán)重，甚至更加可怕。因?yàn)榭諝庵械牡趸餁怏w被人吸進(jìn)去以后會(huì)變成硫酸類物質(zhì)腐蝕人體呼吸器官。
最可怕的是氮氧化物氣體我們?nèi)梭w根本上感覺不到，看到黑煙我們會(huì)捂住口鼻。對(duì)于無法感知的氮氧化物氣體我們只能被動(dòng)“接收”進(jìn)體內(nèi)。
所以，氮氧化物排放就成了各國緊盯的最大的“妖孽”。也是現(xiàn)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)讓人們?cè)嵅〉闹饕颉Ｍ瑫r(shí)氮氧化物排放也是柴油機(jī)尾氣排放升級(jí)所要解決的最最關(guān)鍵的難題。
現(xiàn)在，如果哪個(gè)車冒大黑煙我們都會(huì)認(rèn)為他污染了環(huán)境，必須將冒黑煙的車淘汰!柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒做功過程中黑煙越大則氮氧化物排放越少，反之氮氧化物排放越多則越不會(huì)冒黑煙。
所以，國三之前的車很容易冒黑煙，但是氮氧化物排放極少。到了國四國五因?yàn)橹饾u提高了燃燒效率，所以冒黑煙的現(xiàn)象大大減少，同時(shí)氮氧化物排放卻越來越多。
二，國四國五階段氮氧化物排放處理技術(shù)
國五之前的技術(shù)路線是努力去提高燃燒效率，讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡量在高效燃燒區(qū)域工作，燃燒效率越高碳煙顆粒物(黑煙)會(huì)越少，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的氮氧化物。
大量產(chǎn)生的氮氧化物通過外掛的SCR系統(tǒng)(選擇性催化還原技術(shù))來消滅它(拋除法律規(guī)定，卸載這套系統(tǒng)之后對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作沒有任何影響)。
所以，大家聽說的“尿素消耗越多越省油”。這句話是對(duì)的，因?yàn)槿绻到y(tǒng)認(rèn)為需要多噴射尿素溶液的時(shí)候，一定是發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物排放更多，燃燒效率更高的時(shí)候。
國四國五這套方法的優(yōu)點(diǎn)是：
1.高效燃燒可以大量減少碳煙顆粒物(黑煙)的排放，同時(shí)也更省油。
2.外掛SCR系統(tǒng)消滅氮氧化物的時(shí)候?qū)τ诎l(fā)動(dòng)機(jī)做功燃燒沒有任何影響。
國四國五這套外掛SCR系統(tǒng)的缺點(diǎn)也很明顯：
1.氮氧化物催化轉(zhuǎn)化效率較低，最高也只能達(dá)到百分之八十左右。主要是尿素溶液氣化成氨氣的過程，氨氣和氮氧化物氣體催化轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退倪^程都需要較高的溫度。
而國四國五對(duì)于SCR系統(tǒng)正常催化轉(zhuǎn)化所需要的排氣管溫度的調(diào)節(jié)與保持是很難達(dá)到的。(說點(diǎn)題外話，國五比國四尿素噴射量要大，從系統(tǒng)可靠性來講完全應(yīng)該將催化箱之前，增壓器之后的排氣管包覆，但是真的搞不懂有些廠家為什么不包)
2.沒有與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，尿素噴射量的多少與氮氧化物實(shí)際催化轉(zhuǎn)化效率沒有聯(lián)系。這句話可以這樣理解：尿素系統(tǒng)只管噴射尿素，至于有沒有完全催化轉(zhuǎn)化SCR系統(tǒng)是不知道的。
所以，很多時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)尿素噴射正常，發(fā)動(dòng)機(jī)還在一直報(bào)警說后處理排放超限值。此時(shí)，要么尿素在排氣管里結(jié)晶要么順排氣管排出大氣污染環(huán)境。
三，國六階段對(duì)于氮氧化物的解決方法
對(duì)于氮氧化物排放的處理國六主要還是依靠SCR(選擇性催化轉(zhuǎn)化技術(shù))，也就是我們常說的尿素系統(tǒng)。國六SCR系統(tǒng)(選擇性催化轉(zhuǎn)化技術(shù))普遍采用銅基體的催化器，銅基催化箱低溫催化性能好，耐高溫性能也很好。
國六階段因?yàn)镈PF需要再生，而DPF再生溫度可以達(dá)到650°，原來國四國五階段采用的五氧化二釩基體的催化器超過500°會(huì)高溫退活。也就是高溫會(huì)失效損壞，銅基催化箱可以保證700°高溫下不會(huì)退活(損壞)。
國六階段增加了一個(gè)尿素溶液“混合器”，其主要是針對(duì)之前尿素溶液在排氣管里面容易聚集結(jié)晶的問題和尿素溶液無法和廢氣充分混合的問題。
我們知道尿素溶液噴射進(jìn)排氣管以后，最佳狀態(tài)就是馬上氣化，然后和廢氣充分混合，這樣對(duì)于尿素溶液利用率最高。
國四國五之前采用的是一個(gè)擴(kuò)散器，就是一個(gè)喇叭口。實(shí)踐看來其作用不大，國六采用的尿素溶液混合器有兩種：一種是螺旋式，一種是格柵式。
國六階段對(duì)于排氣溫度低的工況下普遍采用進(jìn)氣節(jié)氣門，排氣節(jié)氣門，增壓器電控旁通閥來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，控制多余的空氣參與燃燒就可以控制氮氧化物排放量。通過這三個(gè)零部件單獨(dú)或者組合使用達(dá)到控制空燃比的目的。
同時(shí)，也可以達(dá)到提高排氣管溫度的目的。溫度達(dá)標(biāo)的情況下，尿素溶液就可以充分發(fā)揮它的作用，盡量多的將氮氧化物消滅，簡單點(diǎn)說就是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度全程達(dá)標(biāo)的情況下SCR系統(tǒng)的總的轉(zhuǎn)化效率就高，這就是康明斯所說的“高效SCR”的核心。
同時(shí)，空燃比變小的情況下，氮氧化物排放也會(huì)下降。對(duì)于尿素溶液的需求量也會(huì)下降，改善了SCR系統(tǒng)的壓力，這就是康明斯“智慧大腦2.0”技術(shù)。
當(dāng)然，進(jìn)氣量變少，空燃比變小，減少了氮氧化物排放的同時(shí)顆粒物(黑煙)排放的幾率會(huì)增加，但是，因?yàn)橛蠨PF顆粒物過濾器的存在，DPF的存在就相當(dāng)于給整個(gè)系統(tǒng)在托底。國六就是通過這樣一些技術(shù)達(dá)到了氮氧化物排放和顆粒物排放的平衡。
對(duì)于我們開車的司機(jī)來說，盡量讓發(fā)動(dòng)機(jī)通過正常燃燒的尾氣讓排氣管溫度早點(diǎn)達(dá)標(biāo)，如果特意小油門，排氣管溫度遲遲無法起來，系統(tǒng)就會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)在低空燃比的條件下運(yùn)行，低空燃比燃燒工況下油耗會(huì)變大，同時(shí)產(chǎn)生的顆粒物會(huì)堵塞DPF。
最后還需要噴油將這些顆粒物再生，真的是得不償失了!有人說國六階段開車的司機(jī)不只是關(guān)注水溫，機(jī)油溫度，排氣溫度也要關(guān)注到!可能真的會(huì)是這樣!
四，關(guān)于EGR技術(shù)
國六階段有許多廠家采用了廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)來輔助控制氮氧化物排放。EGR技術(shù)就是將排氣管燃燒過的廢氣引入一部分進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，減少新鮮空氣進(jìn)入氣缸，這些廢氣比氣缸噴油燃燒時(shí)候的溫度低很多，還可以吸收熱量。
這樣就可以達(dá)到降低氮氧化物排放的目的，(很顯然，這跟我們需要的節(jié)油，高效燃燒是背道而馳的)。
對(duì)于EGR這個(gè)東東很多人應(yīng)該不陌生，從國三開始它一路如影隨形的跟我們走到了國六。當(dāng)然，國六的EGR技術(shù)和國三時(shí)候的EGR技術(shù)是不能同日而語的。
我記得國三最簡單的EGR就是通過一個(gè)小氣罐推動(dòng)一個(gè)閥片開閉，讓進(jìn)氣壓力高的時(shí)候進(jìn)一點(diǎn)廢氣，這個(gè)東西估計(jì)沒有一個(gè)能用到車輛報(bào)廢的。
在排氣管這個(gè)高溫，高腐蝕的環(huán)境下工作的零部件對(duì)于材質(zhì)要求高，故障率當(dāng)然也很高，康明斯公開講因?yàn)檫@些因素才讓它(康明斯)決定在中國的國六放棄使用EGR技術(shù)。
EGR技術(shù)的難點(diǎn)很多，首先，你必須得讓這些廢氣和新鮮空氣還有柴油充分混合，才不至于讓柴油噴入沒有分散的廢氣氣團(tuán)里面無法燃燒從而冒黑煙。不要以為天然氣，汽油機(jī)用這個(gè)很好很合適。
像天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，汽油機(jī)用這個(gè)EGR技術(shù)，說到底它是幾種氣體的混合，難度系數(shù)肯定要小得多。
柴油機(jī)為了柴油和空氣的混合更充分，高壓共軌技術(shù)一路讓軌壓達(dá)到了2500bar，即使這樣也有冒黑煙的時(shí)候。再加上廢氣的混合。這三種物質(zhì)的充分混合就難上加難了。
國六EGR技術(shù)為了讓廢氣對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的正常燃燒的影響降到最低，一般采用的是低壓(也叫低溫)取出廢氣，通常在DPF出口取廢氣。
因?yàn)榻?jīng)過DPF過濾之后的廢氣比較干凈，因?yàn)檫h(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)，廢氣的溫度也較低。取出來的廢氣再經(jīng)過EGR冷卻器降溫之后送入增壓器進(jìn)口前面，這樣做的目的是可以讓廢氣和新鮮空氣可以混合的更充分。
即使這樣，廢氣占新鮮空氣的比值最多也只能有百分之十幾。廢氣進(jìn)的多了會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。這就是國六的“低EGR率”技術(shù)。
EGR作為SCR技術(shù)的補(bǔ)充，它倆協(xié)作可以很好的將氮氧化物排放降低到國六法律法規(guī)規(guī)定的水平。
但是，國際上的大佬們已經(jīng)開始不采用EGR技術(shù)了，經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這就是發(fā)展方向。康明斯作為EGR技術(shù)的先行者，對(duì)于EGR的利弊它應(yīng)該看得最清楚。
國內(nèi)有部分廠家已經(jīng)推出來了不采用EGR技術(shù)的重卡，希望國產(chǎn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)能夠緊跟時(shí)代潮流。