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知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!

【卡車之家 原創】在上期《知其所以然 SCR如何降低氮氧化物排放?》一文中,我們詳細介紹了后處理中SCR系統組成,以及SCR系統除去尾氣當中NOx(氮氧化物)的基本原理。

除NOx(氮氧化物)之外,尾氣中還夾雜著對人體危害極大的HC(碳氫化合物)、CO(一氧化碳)等有害物質,而用于消滅這些有害物質的裝備,便是本文此次要介紹的主角——DOC(Diesel oxidation catalyst)柴油催化氧化系統。

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!

但是在介紹DOC系統之前,還要先提出令人熟知的一個概念——三元催化器,它主要通過排氣管內帶有催化劑的載體通過催化和還原反應去除廢氣中的HC(碳氫化合物)、CO(一氧化碳)以及NOx(氮氧化物),而DOC系統主要是除去前兩種污染物的,故DOC系統也可被稱為二元催化器,但不管它叫做什么,你只要明白,它的主要工作是將反應物氧化就足夠了。

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!DOC與SCR位置關系示意圖

● 主要工作原理介紹

1、氧化反應

CO(一氧化碳)+ O2(氧氣) → CO2(二氧化碳)

HC(碳氫化合物) + O2(氧氣)→ CO2(二氧化碳)+ H20(水)

2、水煤氣轉換反應

H20(水)+ CO(一氧化碳)→ CO2(二氧化碳) + H2(氫氣)

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
系統內主要物質轉化示意圖

顧名思義,DOC全稱柴油催化氧化系統,其系統內主要的反應之一就是將尾氣內的CO(一氧化碳)氧化為CO2(二氧化碳),你理解為尾氣再燃燒也可以,總之就是把有害氣體進行無害化處理。

而CO(一氧化碳)一般會在混合氣燃燒不充分的情況下產生,所以在卡車拖擋加速或者低擋高速行駛時,DOC系統的負荷會明顯增大。直白的說就是,擋位選擇不當不僅損害發動機,還會給后處理施壓。

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
國六后處理系統

另一個主要反應就是將尾氣中的HC(碳氫化合物)與O2(氧氣)結合,生成無害的H2O(水)和CO2(二氧化碳),也是一個簡單的氧化反應。但HC的成分可能有很多種,但反應原理都是一樣的,而且其主要也是來自未完全燃燒的混合氣。

除以上兩種主要反應之外,在DOC系統內還會發生另一種不常見的水煤氣轉換反應——H20(水)和CO(一氧化碳,反應內稱煤氣)反應生成CO2(二氧化碳)和H2(氫氣),但這種反應原理比較復雜,在目前的DOC系統內占比也微乎其微,故不做贅述。

● 系統主要裝置介紹

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
DPF+DOC組合

DOC系統不僅反應簡單,而且它的內部結構相對來說也不復雜,這也是我為什么說它“簡單粗暴”的原因。圖上這個裝置便是DPF+DOC組合系統,而DOC的主要結構就是那塊顏色比較淺的長得像一團海綿的東西,是載體+催化劑相結合以后的裝置。

擴大反應面積的裝置——載體

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
鐵鉻鋁金屬載體

這個密密麻麻的圓柱體就是DOC系統常用的載體,類似蜂窩狀的多孔造型可以保證其與廢氣接觸面積達到最大,從而使反應更加充分。雖然載體的孔徑不大,但因為排氣的溫度通常都比較高,所以一般情況下在DOC系統(頭段)發生堵塞的概率不會很大。

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
陶瓷載體

就目前來說,載體常見的材質有堇青石(陶瓷)和鐵鉻鋁合金(金屬),金屬載體的起熱速度和催化效率以及使用壽命都要勝過陶瓷載體,但市面上大部分的車系都選擇了陶瓷作為載體的材質,主要原因還是陶瓷這東西會更便宜一些。

但陶瓷載體的性能也不差,通常其耐熱可達1400度以上,只要不是豁了命的開車,一般情況下很它很難被燒蝕。

加速加劇反應的材料——催化劑

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
未涂層載體

一般情況下,載體的表面會被覆一層貴金屬(通常為鈀、鉑等元素)涂層以使反應順利進行。如果說沒有催化劑的反應是一條蜿蜒曲折的盤山公路,那么帶有催化劑的反應就是在山腳兩頭打通的一條徑直隧道。

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!鈀鉑漿

而在DOC系統內通常會使用鉑族金屬(鈀/鉑/銠/銥/釕/鋨)或者一些稀土材料作為催化劑,前三種元素是目前應用最廣泛的,除了價格優勢以外,其物理性質也更加穩定,后處理的價格之所以那么貴,有一大部分原因也是因為這些看起來平平無奇的催化劑。

監測反應狀態的輔助裝置

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!

除了載體和催化劑等主要反應裝置外,為了確保DOC系統工作狀態良好,在DOC系統的前端和后端還會布置一共兩枚溫度傳感器,分別監測反應前后的氣體溫度,將信號傳遞給發動機電腦,以實時調整動力系統的工作狀態,確保排放正常。

知其所以然 看DOC如何給尾氣“消毒”!
埃貝赫后處理(DPF+DOC+SCR)

總的來講,DOC系統主要就是由載體、催化劑、以及傳感器這三個部件構成。雖然看起來簡單粗暴,但其對于HC(碳氫化合物)、CO(一氧化碳)的轉化率卻可以達到80%和70%以上、并且,還可燃燒掉(氧化)尾氣中超過20%顆粒物,對于人體健康以及環境污染整治有著極其重要意義。

雖然有一部分卡友對DOC系統以及其他后處理模塊是“恨之入骨”,不僅影響動力,而且造價昂貴。但是你只要不天天都“虐待”它,它也會真誠待你的,主要注意的一點就是平時加油盡量選擇正規的加油站即可。

總結:

雖然DOC系統這東西造價昂貴,對動力系統沒一點好處,有時候還堵排氣造造成發動機故障。但是其誕生的初衷卻是每個人都不可否定的,不僅保護了自然環境和人類健康。而且,在一定程度上來講,它還加速了主機廠對于發動機技術研發的進程。(文/蔡仕琪)

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