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为什么有的柴油车要加尿素?

为什么汽油缸内直喷不如柴油缸内直喷那样技术成熟且采用广泛?

为什么有的柴油车要加尿素?

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Sleepy Lin 回答了问题 2016-10-07 12:3710 个回复 不感兴趣

为什么有的柴油车要加尿素?

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因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是... 显示全部 »
因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是氮氧化物NOx和和微粒PM(包含碳烟DS),其次是HC 。柴油机的CO和HC与汽油机相比少很多,但PM要多出不少。
柴油机的欧洲排放标准是这样的: http://image2.qiniudn.com/26682-f67a59064bd44eca3eed856695b1e1eb
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。 https://pic2.zhimg.com/5a4d6545069c1e174af1bbfa7dd89899_b.jpg
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。

前面提到柴油机的排放物最关键的是NOx和PM,处理微粒主要靠微粒捕集器(DPF),NOx则主要靠催化还原。NOx对于汽油机来说也是比较关键的排放物,汽油机与柴油机的NOx排放不会差很多,当然柴油机的控制会难一些,不过两者基本在一个数量级。欧洲是在第三阶段排放标准才正式将NOx排放单列一项的:
http://image2.qiniudn.com/26682-ae684714c047846622cde7bbb4f362f5
NOx的生成条件主要是高温富氧。 https://pic4.zhimg.com/21021a68474aaf622929ee1ef1e64743_b.jpg
NOx的生成条件主要是高温富氧。
汽油机的排温比起柴油机要略高100~200°C,但通过一段管道以后到后处理的部分时基本都差不多。其后处理控制NOx主要是通过三效催化剂来完成的,三种贵金属当中的铑Rh在较低的温度下就可以催化NOx被还原剂还原为氮气,还原剂可以是H2也可以是CO。不过这种还原反应是很依赖环境当中的氧浓度的,氧浓度超过一定限度以后,这种氧化还原反应就很难有效的实现,这是前提。

而不论是汽油机还是柴油机,燃烧过程基本上可以分为滞燃期(着火准备),急燃期(迅速释放能量),以及后燃期(未在急燃期完全燃烧的燃料继续释放能量)。不过柴油机在后燃期之前,一般会认为存在一个缓燃期,这个时期燃烧仍然迅速,缸内压力持续上升,可是活塞已经过了上止点开始下行,气缸容积不断增加,燃烧必须足够快,压力的上升才能抵消气缸容积膨胀的效果,因此总体来说压力上升速度比急燃期更慢。
在后燃期时,因为急燃、缓燃期间产生的废气以及中间产物的存在,氧浓度已经开始下降,如果氧浓度不足,会造成剩余燃料的燃烧急剧恶化,结果就是燃烧不完全经济性下降、微粒排放提升等等的效果。
柴油机的这个现象颇为严重,增压的效果会在这里带来很多利好(事实上如今的柴油机增压器几乎是标配),因此柴油机需要富氧燃烧,可是富氧燃烧是柴油机的NOx控制更难的原因。

结合前面提到的三效催化器对氧浓度的依赖,让柴油机使用汽油机的三效催化器是不现实的。
当然调节缸内燃烧也存在矛盾,即NOx和PM之间的难以调和,此消彼长。

使用尿素处理NOx的方法,被称为SCR (Seletive Catalytic Reduction),催化作用选择性超强。
SCR使用的还原剂可以是各种氨类物质,比如氨气NH3,氨水NH4OH,尿素(NH2)2CO等等,甚至是一些HC。

使用氨气时,工作温度需要在250~500°C范围内,相关反应是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-749175218301e32a3b916d6dd393c83e
http://image2.qiniudn.com/26682-504d551518950ccec0f3b35a8dcae49f
http://image2.qiniudn.com/26682-3996648d2cc836798cd91e44e65a7f29
http://image2.qiniudn.com/26682-f8607b9776c41449d9cf1eece52069e6

如果温度过低,反应就没办法有效进行,温度过高时,则会损伤催化器,并且会使还原剂直接氧化造成更多的还原剂消耗,导致新的NOx生成:
http://image2.qiniudn.com/26682-db60f2aee3d62d15e9ac66f55d2e5614
http://image2.qiniudn.com/26682-39499c94080999bc75575debee53feb0
http://image2.qiniudn.com/26682-87a54539ec9aaf124d1af98a77aa61a1
http://image2.qiniudn.com/26682-59ebb9ae2e614c36528dd42a38f27ebb

如果使用氨水作为还原剂,效果拔群。可以降低NOx排放95%以上。但是整机需要一套非常复杂的控制系统,而且氨水的气味非常让人难以接受。
所以通常来说,使用尿素更为方便,尿素的水溶液在200°C的温度以上,会产生NH3。
http://image2.qiniudn.com/26682-af0641956b97e3fb2eab1f0660c142fb

如此,通过喷射以及控制系统,就能够有效的对NOx进行处理了。
http://image2.qiniudn.com/26682-918c74e5b0d6485087f722dd580f6572
https://pic3.zhimg.com/38a496ce5c93057e9c7f6ef848ce4756_b.jpg
ECU通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出NOx的排放浓度,通过尿素理论、SCR催化器的温度对NOx的转化率进行估算,并计算所需要的NH3量,最后通过NH3与尿素之间的关系得到当下需要的尿素喷射量。
http://image2.qiniudn.com/26682-474bdd1184efcc25523023f7c0fbbde3
https://pic1.zhimg.com/1c4a09885e082b284bfd5266209994d8_b.jpg

效率比较可观,欧四要求的转化率仅为50%。
http://image2.qiniudn.com/26682-4356ce6d6c1178cc54f8393c05569f04
https://pic4.zhimg.com/1c5f7a0d0e35534e2b15fc3a2ed9762f_b.jpg
对于排放而言,前后处理的技术如何搭配也比较讲究,需要在性能与成本当中做折中。
http://image2.qiniudn.com/26682-ae364b1d80f126558b3219c0ce0c5e97
https://pic1.zhimg.com/837bd197a169e24b4760146a35bb76cc_b.jpg

http://image2.qiniudn.com/26682-6b3340781f453a8f731317b92dd6c476
https://pic4.zhimg.com/a5368bc5c3aadb09b894da47a2f52b23_b.jpg
还记得前面提到的,调节缸内燃烧时NOx和PM的矛盾么,使用后处理来调和这个矛盾是比较重要的,要达到欧四或者欧五的标准,SCR已经是比较常见的一条路了。
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Sleepy Lin 回答了问题 2016-10-07 12:3710 个回复 不感兴趣

为什么有的柴油车要加尿素?

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因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是... 显示全部 »
因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是氮氧化物NOx和和微粒PM(包含碳烟DS),其次是HC 。柴油机的CO和HC与汽油机相比少很多,但PM要多出不少。
柴油机的欧洲排放标准是这样的: http://image2.qiniudn.com/26682-f67a59064bd44eca3eed856695b1e1eb
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。 https://pic2.zhimg.com/5a4d6545069c1e174af1bbfa7dd89899_b.jpg
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。

前面提到柴油机的排放物最关键的是NOx和PM,处理微粒主要靠微粒捕集器(DPF),NOx则主要靠催化还原。NOx对于汽油机来说也是比较关键的排放物,汽油机与柴油机的NOx排放不会差很多,当然柴油机的控制会难一些,不过两者基本在一个数量级。欧洲是在第三阶段排放标准才正式将NOx排放单列一项的:
http://image2.qiniudn.com/26682-ae684714c047846622cde7bbb4f362f5
NOx的生成条件主要是高温富氧。 https://pic4.zhimg.com/21021a68474aaf622929ee1ef1e64743_b.jpg
NOx的生成条件主要是高温富氧。
汽油机的排温比起柴油机要略高100~200°C,但通过一段管道以后到后处理的部分时基本都差不多。其后处理控制NOx主要是通过三效催化剂来完成的,三种贵金属当中的铑Rh在较低的温度下就可以催化NOx被还原剂还原为氮气,还原剂可以是H2也可以是CO。不过这种还原反应是很依赖环境当中的氧浓度的,氧浓度超过一定限度以后,这种氧化还原反应就很难有效的实现,这是前提。

而不论是汽油机还是柴油机,燃烧过程基本上可以分为滞燃期(着火准备),急燃期(迅速释放能量),以及后燃期(未在急燃期完全燃烧的燃料继续释放能量)。不过柴油机在后燃期之前,一般会认为存在一个缓燃期,这个时期燃烧仍然迅速,缸内压力持续上升,可是活塞已经过了上止点开始下行,气缸容积不断增加,燃烧必须足够快,压力的上升才能抵消气缸容积膨胀的效果,因此总体来说压力上升速度比急燃期更慢。
在后燃期时,因为急燃、缓燃期间产生的废气以及中间产物的存在,氧浓度已经开始下降,如果氧浓度不足,会造成剩余燃料的燃烧急剧恶化,结果就是燃烧不完全经济性下降、微粒排放提升等等的效果。
柴油机的这个现象颇为严重,增压的效果会在这里带来很多利好(事实上如今的柴油机增压器几乎是标配),因此柴油机需要富氧燃烧,可是富氧燃烧是柴油机的NOx控制更难的原因。

结合前面提到的三效催化器对氧浓度的依赖,让柴油机使用汽油机的三效催化器是不现实的。
当然调节缸内燃烧也存在矛盾,即NOx和PM之间的难以调和,此消彼长。

使用尿素处理NOx的方法,被称为SCR (Seletive Catalytic Reduction),催化作用选择性超强。
SCR使用的还原剂可以是各种氨类物质,比如氨气NH3,氨水NH4OH,尿素(NH2)2CO等等,甚至是一些HC。

使用氨气时,工作温度需要在250~500°C范围内,相关反应是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-749175218301e32a3b916d6dd393c83e
http://image2.qiniudn.com/26682-504d551518950ccec0f3b35a8dcae49f
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如果温度过低,反应就没办法有效进行,温度过高时,则会损伤催化器,并且会使还原剂直接氧化造成更多的还原剂消耗,导致新的NOx生成:
http://image2.qiniudn.com/26682-db60f2aee3d62d15e9ac66f55d2e5614
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如果使用氨水作为还原剂,效果拔群。可以降低NOx排放95%以上。但是整机需要一套非常复杂的控制系统,而且氨水的气味非常让人难以接受。
所以通常来说,使用尿素更为方便,尿素的水溶液在200°C的温度以上,会产生NH3。
http://image2.qiniudn.com/26682-af0641956b97e3fb2eab1f0660c142fb

如此,通过喷射以及控制系统,就能够有效的对NOx进行处理了。
http://image2.qiniudn.com/26682-918c74e5b0d6485087f722dd580f6572
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ECU通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出NOx的排放浓度,通过尿素理论、SCR催化器的温度对NOx的转化率进行估算,并计算所需要的NH3量,最后通过NH3与尿素之间的关系得到当下需要的尿素喷射量。
http://image2.qiniudn.com/26682-474bdd1184efcc25523023f7c0fbbde3
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效率比较可观,欧四要求的转化率仅为50%。
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https://pic4.zhimg.com/1c5f7a0d0e35534e2b15fc3a2ed9762f_b.jpg
对于排放而言,前后处理的技术如何搭配也比较讲究,需要在性能与成本当中做折中。
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还记得前面提到的,调节缸内燃烧时NOx和PM的矛盾么,使用后处理来调和这个矛盾是比较重要的,要达到欧四或者欧五的标准,SCR已经是比较常见的一条路了。
柴油机不管是不是叫直喷,都是用喷油嘴直接喷进气缸,不管喷进燃烧室还是预燃室。
一方面柴油机进气管喷射根本点不着(用火花/火花塞也点不着),只能喷入气缸,由高温空气点燃(需读者自行学习柴油汽油闪点燃点的知识),所以一直以来柴油机必须使用柴油泵,而且喷射压力小了油... 显示全部 »
柴油机不管是不是叫直喷,都是用喷油嘴直接喷进气缸,不管喷进燃烧室还是预燃室。
一方面柴油机进气管喷射根本点不着(用火花/火花塞也点不着),只能喷入气缸,由高温空气点燃(需读者自行学习柴油汽油闪点燃点的知识),所以一直以来柴油机必须使用柴油泵,而且喷射压力小了油耗差排放差,所以这么搞下来100年积累了多少设计经验;
另一方面,柴油比汽油黏度大,润滑作用好,所以柴油泵能够以比较高的转速提供较高的压力,而不用额外的润滑。汽油的润滑比较麻烦,喷射压力不容易搞上去。
所以你看到,不管是被逼的也好,主动的也好,柴油机的喷射压力现在2000bar往上了;直喷汽油机的喷射压力可能刚超过200bar。
所以我的总结是:
都是逼的。
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Sleepy Lin 回答了问题 2016-10-07 13:1610 个回复 不感兴趣

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不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是... 显示全部 »
因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是氮氧化物NOx和和微粒PM(包含碳烟DS),其次是HC 。柴油机的CO和HC与汽油机相比少很多,但PM要多出不少。
柴油机的欧洲排放标准是这样的: http://image2.qiniudn.com/26682-f67a59064bd44eca3eed856695b1e1eb
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。 https://pic2.zhimg.com/5a4d6545069c1e174af1bbfa7dd89899_b.jpg
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。

前面提到柴油机的排放物最关键的是NOx和PM,处理微粒主要靠微粒捕集器(DPF),NOx则主要靠催化还原。NOx对于汽油机来说也是比较关键的排放物,汽油机与柴油机的NOx排放不会差很多,当然柴油机的控制会难一些,不过两者基本在一个数量级。欧洲是在第三阶段排放标准才正式将NOx排放单列一项的:
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NOx的生成条件主要是高温富氧。 https://pic4.zhimg.com/21021a68474aaf622929ee1ef1e64743_b.jpg
NOx的生成条件主要是高温富氧。
汽油机的排温比起柴油机要略高100~200°C,但通过一段管道以后到后处理的部分时基本都差不多。其后处理控制NOx主要是通过三效催化剂来完成的,三种贵金属当中的铑Rh在较低的温度下就可以催化NOx被还原剂还原为氮气,还原剂可以是H2也可以是CO。不过这种还原反应是很依赖环境当中的氧浓度的,氧浓度超过一定限度以后,这种氧化还原反应就很难有效的实现,这是前提。

而不论是汽油机还是柴油机,燃烧过程基本上可以分为滞燃期(着火准备),急燃期(迅速释放能量),以及后燃期(未在急燃期完全燃烧的燃料继续释放能量)。不过柴油机在后燃期之前,一般会认为存在一个缓燃期,这个时期燃烧仍然迅速,缸内压力持续上升,可是活塞已经过了上止点开始下行,气缸容积不断增加,燃烧必须足够快,压力的上升才能抵消气缸容积膨胀的效果,因此总体来说压力上升速度比急燃期更慢。
在后燃期时,因为急燃、缓燃期间产生的废气以及中间产物的存在,氧浓度已经开始下降,如果氧浓度不足,会造成剩余燃料的燃烧急剧恶化,结果就是燃烧不完全经济性下降、微粒排放提升等等的效果。
柴油机的这个现象颇为严重,增压的效果会在这里带来很多利好(事实上如今的柴油机增压器几乎是标配),因此柴油机需要富氧燃烧,可是富氧燃烧是柴油机的NOx控制更难的原因。

结合前面提到的三效催化器对氧浓度的依赖,让柴油机使用汽油机的三效催化器是不现实的。
当然调节缸内燃烧也存在矛盾,即NOx和PM之间的难以调和,此消彼长。

使用尿素处理NOx的方法,被称为SCR (Seletive Catalytic Reduction),催化作用选择性超强。
SCR使用的还原剂可以是各种氨类物质,比如氨气NH3,氨水NH4OH,尿素(NH2)2CO等等,甚至是一些HC。

使用氨气时,工作温度需要在250~500°C范围内,相关反应是这样的:
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如果温度过低,反应就没办法有效进行,温度过高时,则会损伤催化器,并且会使还原剂直接氧化造成更多的还原剂消耗,导致新的NOx生成:
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如果使用氨水作为还原剂,效果拔群。可以降低NOx排放95%以上。但是整机需要一套非常复杂的控制系统,而且氨水的气味非常让人难以接受。
所以通常来说,使用尿素更为方便,尿素的水溶液在200°C的温度以上,会产生NH3。
http://image2.qiniudn.com/26682-af0641956b97e3fb2eab1f0660c142fb

如此,通过喷射以及控制系统,就能够有效的对NOx进行处理了。
http://image2.qiniudn.com/26682-918c74e5b0d6485087f722dd580f6572
https://pic3.zhimg.com/38a496ce5c93057e9c7f6ef848ce4756_b.jpg
ECU通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出NOx的排放浓度,通过尿素理论、SCR催化器的温度对NOx的转化率进行估算,并计算所需要的NH3量,最后通过NH3与尿素之间的关系得到当下需要的尿素喷射量。
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效率比较可观,欧四要求的转化率仅为50%。
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对于排放而言,前后处理的技术如何搭配也比较讲究,需要在性能与成本当中做折中。
http://image2.qiniudn.com/26682-ae364b1d80f126558b3219c0ce0c5e97
https://pic1.zhimg.com/837bd197a169e24b4760146a35bb76cc_b.jpg

http://image2.qiniudn.com/26682-6b3340781f453a8f731317b92dd6c476
https://pic4.zhimg.com/a5368bc5c3aadb09b894da47a2f52b23_b.jpg
还记得前面提到的,调节缸内燃烧时NOx和PM的矛盾么,使用后处理来调和这个矛盾是比较重要的,要达到欧四或者欧五的标准,SCR已经是比较常见的一条路了。
柴油机不管是不是叫直喷,都是用喷油嘴直接喷进气缸,不管喷进燃烧室还是预燃室。
一方面柴油机进气管喷射根本点不着(用火花/火花塞也点不着),只能喷入气缸,由高温空气点燃(需读者自行学习柴油汽油闪点燃点的知识),所以一直以来柴油机必须使用柴油泵,而且喷射压力小了油... 显示全部 »
柴油机不管是不是叫直喷,都是用喷油嘴直接喷进气缸,不管喷进燃烧室还是预燃室。
一方面柴油机进气管喷射根本点不着(用火花/火花塞也点不着),只能喷入气缸,由高温空气点燃(需读者自行学习柴油汽油闪点燃点的知识),所以一直以来柴油机必须使用柴油泵,而且喷射压力小了油耗差排放差,所以这么搞下来100年积累了多少设计经验;
另一方面,柴油比汽油黏度大,润滑作用好,所以柴油泵能够以比较高的转速提供较高的压力,而不用额外的润滑。汽油的润滑比较麻烦,喷射压力不容易搞上去。
所以你看到,不管是被逼的也好,主动的也好,柴油机的喷射压力现在2000bar往上了;直喷汽油机的喷射压力可能刚超过200bar。
所以我的总结是:
都是逼的。
匿名用户

Sleepy Lin 回答了问题 2016-10-07 14:1410 个回复 不感兴趣

为什么有的柴油车要加尿素?

赞同来自:

因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是... 显示全部 »
因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是氮氧化物NOx和和微粒PM(包含碳烟DS),其次是HC 。柴油机的CO和HC与汽油机相比少很多,但PM要多出不少。
柴油机的欧洲排放标准是这样的: http://image2.qiniudn.com/26682-f67a59064bd44eca3eed856695b1e1eb
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。 https://pic2.zhimg.com/5a4d6545069c1e174af1bbfa7dd89899_b.jpg
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。

前面提到柴油机的排放物最关键的是NOx和PM,处理微粒主要靠微粒捕集器(DPF),NOx则主要靠催化还原。NOx对于汽油机来说也是比较关键的排放物,汽油机与柴油机的NOx排放不会差很多,当然柴油机的控制会难一些,不过两者基本在一个数量级。欧洲是在第三阶段排放标准才正式将NOx排放单列一项的:
http://image2.qiniudn.com/26682-ae684714c047846622cde7bbb4f362f5
NOx的生成条件主要是高温富氧。 https://pic4.zhimg.com/21021a68474aaf622929ee1ef1e64743_b.jpg
NOx的生成条件主要是高温富氧。
汽油机的排温比起柴油机要略高100~200°C,但通过一段管道以后到后处理的部分时基本都差不多。其后处理控制NOx主要是通过三效催化剂来完成的,三种贵金属当中的铑Rh在较低的温度下就可以催化NOx被还原剂还原为氮气,还原剂可以是H2也可以是CO。不过这种还原反应是很依赖环境当中的氧浓度的,氧浓度超过一定限度以后,这种氧化还原反应就很难有效的实现,这是前提。

而不论是汽油机还是柴油机,燃烧过程基本上可以分为滞燃期(着火准备),急燃期(迅速释放能量),以及后燃期(未在急燃期完全燃烧的燃料继续释放能量)。不过柴油机在后燃期之前,一般会认为存在一个缓燃期,这个时期燃烧仍然迅速,缸内压力持续上升,可是活塞已经过了上止点开始下行,气缸容积不断增加,燃烧必须足够快,压力的上升才能抵消气缸容积膨胀的效果,因此总体来说压力上升速度比急燃期更慢。
在后燃期时,因为急燃、缓燃期间产生的废气以及中间产物的存在,氧浓度已经开始下降,如果氧浓度不足,会造成剩余燃料的燃烧急剧恶化,结果就是燃烧不完全经济性下降、微粒排放提升等等的效果。
柴油机的这个现象颇为严重,增压的效果会在这里带来很多利好(事实上如今的柴油机增压器几乎是标配),因此柴油机需要富氧燃烧,可是富氧燃烧是柴油机的NOx控制更难的原因。

结合前面提到的三效催化器对氧浓度的依赖,让柴油机使用汽油机的三效催化器是不现实的。
当然调节缸内燃烧也存在矛盾,即NOx和PM之间的难以调和,此消彼长。

使用尿素处理NOx的方法,被称为SCR (Seletive Catalytic Reduction),催化作用选择性超强。
SCR使用的还原剂可以是各种氨类物质,比如氨气NH3,氨水NH4OH,尿素(NH2)2CO等等,甚至是一些HC。

使用氨气时,工作温度需要在250~500°C范围内,相关反应是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-749175218301e32a3b916d6dd393c83e
http://image2.qiniudn.com/26682-504d551518950ccec0f3b35a8dcae49f
http://image2.qiniudn.com/26682-3996648d2cc836798cd91e44e65a7f29
http://image2.qiniudn.com/26682-f8607b9776c41449d9cf1eece52069e6

如果温度过低,反应就没办法有效进行,温度过高时,则会损伤催化器,并且会使还原剂直接氧化造成更多的还原剂消耗,导致新的NOx生成:
http://image2.qiniudn.com/26682-db60f2aee3d62d15e9ac66f55d2e5614
http://image2.qiniudn.com/26682-39499c94080999bc75575debee53feb0
http://image2.qiniudn.com/26682-87a54539ec9aaf124d1af98a77aa61a1
http://image2.qiniudn.com/26682-59ebb9ae2e614c36528dd42a38f27ebb

如果使用氨水作为还原剂,效果拔群。可以降低NOx排放95%以上。但是整机需要一套非常复杂的控制系统,而且氨水的气味非常让人难以接受。
所以通常来说,使用尿素更为方便,尿素的水溶液在200°C的温度以上,会产生NH3。
http://image2.qiniudn.com/26682-af0641956b97e3fb2eab1f0660c142fb

如此,通过喷射以及控制系统,就能够有效的对NOx进行处理了。
http://image2.qiniudn.com/26682-918c74e5b0d6485087f722dd580f6572
https://pic3.zhimg.com/38a496ce5c93057e9c7f6ef848ce4756_b.jpg
ECU通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出NOx的排放浓度,通过尿素理论、SCR催化器的温度对NOx的转化率进行估算,并计算所需要的NH3量,最后通过NH3与尿素之间的关系得到当下需要的尿素喷射量。
http://image2.qiniudn.com/26682-474bdd1184efcc25523023f7c0fbbde3
https://pic1.zhimg.com/1c4a09885e082b284bfd5266209994d8_b.jpg

效率比较可观,欧四要求的转化率仅为50%。
http://image2.qiniudn.com/26682-4356ce6d6c1178cc54f8393c05569f04
https://pic4.zhimg.com/1c5f7a0d0e35534e2b15fc3a2ed9762f_b.jpg
对于排放而言,前后处理的技术如何搭配也比较讲究,需要在性能与成本当中做折中。
http://image2.qiniudn.com/26682-ae364b1d80f126558b3219c0ce0c5e97
https://pic1.zhimg.com/837bd197a169e24b4760146a35bb76cc_b.jpg

http://image2.qiniudn.com/26682-6b3340781f453a8f731317b92dd6c476
https://pic4.zhimg.com/a5368bc5c3aadb09b894da47a2f52b23_b.jpg
还记得前面提到的,调节缸内燃烧时NOx和PM的矛盾么,使用后处理来调和这个矛盾是比较重要的,要达到欧四或者欧五的标准,SCR已经是比较常见的一条路了。
柴油机不管是不是叫直喷,都是用喷油嘴直接喷进气缸,不管喷进燃烧室还是预燃室。
一方面柴油机进气管喷射根本点不着(用火花/火花塞也点不着),只能喷入气缸,由高温空气点燃(需读者自行学习柴油汽油闪点燃点的知识),所以一直以来柴油机必须使用柴油泵,而且喷射压力小了油... 显示全部 »
柴油机不管是不是叫直喷,都是用喷油嘴直接喷进气缸,不管喷进燃烧室还是预燃室。
一方面柴油机进气管喷射根本点不着(用火花/火花塞也点不着),只能喷入气缸,由高温空气点燃(需读者自行学习柴油汽油闪点燃点的知识),所以一直以来柴油机必须使用柴油泵,而且喷射压力小了油耗差排放差,所以这么搞下来100年积累了多少设计经验;
另一方面,柴油比汽油黏度大,润滑作用好,所以柴油泵能够以比较高的转速提供较高的压力,而不用额外的润滑。汽油的润滑比较麻烦,喷射压力不容易搞上去。
所以你看到,不管是被逼的也好,主动的也好,柴油机的喷射压力现在2000bar往上了;直喷汽油机的喷射压力可能刚超过200bar。
所以我的总结是:
都是逼的。
匿名用户

Sleepy Lin 回答了问题 2016-10-31 23:0510 个回复 不感兴趣

为什么有的柴油车要加尿素?

赞同来自:

因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是... 显示全部 »
因为排放问题,需要处理氮氧化物。

不嫌啰嗦继续往下看。

解决排放问题的方法有两种,一种是“预防”,在事物发展的前期遏制问题的发生;一种是“治理”,在问题发生以后进行有效的收尾。这两种方法分别叫做前处理和后处理。前处理治本,后处理治标。柴油机的排放物,主要是氮氧化物NOx和和微粒PM(包含碳烟DS),其次是HC 。柴油机的CO和HC与汽油机相比少很多,但PM要多出不少。
柴油机的欧洲排放标准是这样的: http://image2.qiniudn.com/26682-f67a59064bd44eca3eed856695b1e1eb
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。 https://pic2.zhimg.com/5a4d6545069c1e174af1bbfa7dd89899_b.jpg
90年代初,很多技术得到电控的辅助,发展迅速(比如日本电装拉开高压共轨的序幕),通过燃烧室、喷油规律、进排气等等的改进,在机内完成净化是可行的,但不论是欧洲还是中国,基本在第四阶段的排放指标完成了一个转折,完全依靠前处理来达到当下的标准,已经做不到了,CO作为燃烧完全与否的证据,其标准在后几个阶段都没有变化,这基本可以说明“继续优化燃烧解决排放”是比较困难的一件事。

前面提到柴油机的排放物最关键的是NOx和PM,处理微粒主要靠微粒捕集器(DPF),NOx则主要靠催化还原。NOx对于汽油机来说也是比较关键的排放物,汽油机与柴油机的NOx排放不会差很多,当然柴油机的控制会难一些,不过两者基本在一个数量级。欧洲是在第三阶段排放标准才正式将NOx排放单列一项的:
http://image2.qiniudn.com/26682-ae684714c047846622cde7bbb4f362f5
NOx的生成条件主要是高温富氧。 https://pic4.zhimg.com/21021a68474aaf622929ee1ef1e64743_b.jpg
NOx的生成条件主要是高温富氧。
汽油机的排温比起柴油机要略高100~200°C,但通过一段管道以后到后处理的部分时基本都差不多。其后处理控制NOx主要是通过三效催化剂来完成的,三种贵金属当中的铑Rh在较低的温度下就可以催化NOx被还原剂还原为氮气,还原剂可以是H2也可以是CO。不过这种还原反应是很依赖环境当中的氧浓度的,氧浓度超过一定限度以后,这种氧化还原反应就很难有效的实现,这是前提。

而不论是汽油机还是柴油机,燃烧过程基本上可以分为滞燃期(着火准备),急燃期(迅速释放能量),以及后燃期(未在急燃期完全燃烧的燃料继续释放能量)。不过柴油机在后燃期之前,一般会认为存在一个缓燃期,这个时期燃烧仍然迅速,缸内压力持续上升,可是活塞已经过了上止点开始下行,气缸容积不断增加,燃烧必须足够快,压力的上升才能抵消气缸容积膨胀的效果,因此总体来说压力上升速度比急燃期更慢。
在后燃期时,因为急燃、缓燃期间产生的废气以及中间产物的存在,氧浓度已经开始下降,如果氧浓度不足,会造成剩余燃料的燃烧急剧恶化,结果就是燃烧不完全经济性下降、微粒排放提升等等的效果。
柴油机的这个现象颇为严重,增压的效果会在这里带来很多利好(事实上如今的柴油机增压器几乎是标配),因此柴油机需要富氧燃烧,可是富氧燃烧是柴油机的NOx控制更难的原因。

结合前面提到的三效催化器对氧浓度的依赖,让柴油机使用汽油机的三效催化器是不现实的。
当然调节缸内燃烧也存在矛盾,即NOx和PM之间的难以调和,此消彼长。

使用尿素处理NOx的方法,被称为SCR (Seletive Catalytic Reduction),催化作用选择性超强。
SCR使用的还原剂可以是各种氨类物质,比如氨气NH3,氨水NH4OH,尿素(NH2)2CO等等,甚至是一些HC。

使用氨气时,工作温度需要在250~500°C范围内,相关反应是这样的:
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如果温度过低,反应就没办法有效进行,温度过高时,则会损伤催化器,并且会使还原剂直接氧化造成更多的还原剂消耗,导致新的NOx生成:
http://image2.qiniudn.com/26682-db60f2aee3d62d15e9ac66f55d2e5614
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如果使用氨水作为还原剂,效果拔群。可以降低NOx排放95%以上。但是整机需要一套非常复杂的控制系统,而且氨水的气味非常让人难以接受。
所以通常来说,使用尿素更为方便,尿素的水溶液在200°C的温度以上,会产生NH3。
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如此,通过喷射以及控制系统,就能够有效的对NOx进行处理了。
http://image2.qiniudn.com/26682-918c74e5b0d6485087f722dd580f6572
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ECU通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出NOx的排放浓度,通过尿素理论、SCR催化器的温度对NOx的转化率进行估算,并计算所需要的NH3量,最后通过NH3与尿素之间的关系得到当下需要的尿素喷射量。
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效率比较可观,欧四要求的转化率仅为50%。
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对于排放而言,前后处理的技术如何搭配也比较讲究,需要在性能与成本当中做折中。
http://image2.qiniudn.com/26682-ae364b1d80f126558b3219c0ce0c5e97
https://pic1.zhimg.com/837bd197a169e24b4760146a35bb76cc_b.jpg

http://image2.qiniudn.com/26682-6b3340781f453a8f731317b92dd6c476
https://pic4.zhimg.com/a5368bc5c3aadb09b894da47a2f52b23_b.jpg
还记得前面提到的,调节缸内燃烧时NOx和PM的矛盾么,使用后处理来调和这个矛盾是比较重要的,要达到欧四或者欧五的标准,SCR已经是比较常见的一条路了。

为什么有的柴油车要加尿素?

为什么汽油缸内直喷不如柴油缸内直喷那样技术成熟且采用广泛?

为什么有的柴油车要加尿素?

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为什么有的柴油车要加尿素?

为什么汽油缸内直喷不如柴油缸内直喷那样技术成熟且采用广泛?

为什么有的柴油车要加尿素?

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