為了改善燃燒質(zhì)量,很多汽車廠都使用了直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。目前來看,直噴發(fā)動(dòng)機(jī)和進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相比,燃燒產(chǎn)生的顆粒物會(huì)有所上升,那么我們目前有什么方法去減少?
直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有害排放物與傳統(tǒng)的進(jìn)氣道式噴射的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)無太大差異。主要有,碳?xì)洌℉C)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM:Particlematter)。其中HC、CO和NOx可以通過三元催化器轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)和水(H2O)。但是PM怎么辦?
要治理PM,就要先了解PM。
所以,首先介紹一下顆粒排放物產(chǎn)生的原因吧。
在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中,顆粒物主要產(chǎn)生于直噴式的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。這是為什么呢?
原來,汽油機(jī)燃油直噴后,主要燃油的噴射是在點(diǎn)火前的進(jìn)氣和壓縮階段完成,相對(duì)于進(jìn)氣道式噴射,燃油的蒸發(fā)、霧化時(shí)間減少。之后點(diǎn)火燃燒時(shí),可能仍會(huì)有部分燃油以液滴形式存在,液態(tài)燃油不如氣態(tài)燃油燃燒的充分,所以會(huì)產(chǎn)生比進(jìn)氣道噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)更多的顆粒。其次,由于燃油在缸內(nèi)噴射,若噴射方向和噴射時(shí)刻選取不當(dāng),就會(huì)有燃油噴射到汽缸壁或活塞頂可能。由于汽缸壁,活塞頂?shù)臏囟认鄬?duì)燃燒室內(nèi)的溫度較低,噴射到這些位置的燃油就不容易燃燒完全,進(jìn)而產(chǎn)生顆粒。雖然直噴發(fā)動(dòng)機(jī)采用了高壓噴射,目的是想讓噴出的燃油霧化效果更好,達(dá)到了200個(gè)大氣壓,但還是無法完全避免顆粒物的生成。
那么PM是由什么樣的成分組成的呢?
PM主要由三部分組成,分別是炭黑、碳?xì)浠衔锖土蛩猁}。其中炭黑是主要成分,大概占55%,碳?xì)浠衔镎?5%,硫酸鹽占10%。如下圖
發(fā)動(dòng)機(jī)生成的顆粒物一般按其粒徑大小分為:
核態(tài)顆粒物: 《 50nm
聚集態(tài)顆粒物:50nm ~ 1000nm
粗粒子態(tài)顆粒物:》1000nm
可見直噴發(fā)動(dòng)機(jī)排放的顆粒物直徑都在2.5微米之內(nèi),即PM2.5指標(biāo)就包含這些顆粒。我們只有帶上3M口罩才能有效避免PM2.5的吸入。
以上我們了解了PM的產(chǎn)生原理和組成成分。同樣的,降低顆粒物的排放主要有“控制原排”和“后處理”兩種方案。
在“控制原排”方面,技術(shù)人員們用了提高噴油壓力,優(yōu)化噴油策略,更精確的噴油控制,進(jìn)氣渦流控制等等手段。
在這里主要介紹“后處理”的方案,即汽油機(jī)顆粒捕集器——GPF(Gasoline Particle Filter)。顧名思義,GPF就是將發(fā)動(dòng)機(jī)排放出來的顆粒物捕集起來,不讓它們跑到大氣中,當(dāng)然也不讓它們跑到我們的口罩上。
汽油機(jī)相對(duì)于柴油機(jī)顆粒物排放很低,但是國(guó)家對(duì)汽油機(jī)顆粒物排放的限值也很低,只有4.5mg/km。使用GPF的車輛,在一個(gè)測(cè)試循環(huán)中比未使用GPF的車輛,顆粒物排放可降低約90%。是不是很可觀???
隨著環(huán)境保護(hù)的日益窘迫,我國(guó)制定了越來越嚴(yán)格的車輛排放限值法規(guī)。所以為了我們的環(huán)境著想,各大整車廠生產(chǎn)的新車使用GPF是一個(gè)必然趨勢(shì)。
GPF長(zhǎng)什么樣子呢?
GPF外形是圓柱體,和我們傳統(tǒng)的“三元催化器”外形并無差異。所以對(duì)于車輛底盤并沒有什么新的改造要求。不同的是內(nèi)部氣流流通的通道,GPF的通道是蜿蜒的,曲折的,優(yōu)雅的,如是下面這個(gè)樣子。
顆粒在通過側(cè)壁時(shí)就會(huì)被捕集起來,相當(dāng)于過濾。一般來說,GPF能夠捕集99%的顆粒物。在顆粒捕集的同時(shí),GPF內(nèi)也在發(fā)生著再生。因?yàn)轭w粒捕集到GPF中后,會(huì)存留在其中,相當(dāng)于堵塞了車輛的排氣通道。如果捕集的顆粒過多,就會(huì)提高排氣的阻力,進(jìn)而提高油耗,這是不利的。幸好當(dāng)車輛跑高速時(shí)由于排氣溫度也較高,顆粒會(huì)與排氣中的氧氣燃燒,消耗殆盡,這就是GPF的再生。就是這么簡(jiǎn)單!??!
如果在GPF中,涂上可以將其他有害的氣態(tài)排放物轉(zhuǎn)化的涂層,就成了“四元催化器”(NMHC,CO,NOx,PM)?!八脑呋鳌笨梢酝瑫r(shí)轉(zhuǎn)化四種有害排放物,是不是很神奇?!!雖然“四元催化器”聽起來牛,但是制作它所需要的技術(shù)和工藝還是很高端的。
有的車型選擇兩級(jí)的催化器。前級(jí)采用傳統(tǒng)的“三元催化器”,用來轉(zhuǎn)化NMHC,CO,NOx,后級(jí)采用GPF,只捕集顆粒。這樣搭配,也能同時(shí)降低四種有害排放物。但是這樣搭配的缺點(diǎn)是,后級(jí)的GPF溫度可能會(huì)較低,不利于再生。如果采用一級(jí)的“四元催化器”,就可以盡量把它放在離發(fā)動(dòng)機(jī)排氣近的地方,這樣就可以利用排氣的高溫來使GPF再生。
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