為什麼有的柴油車要加尿素?


因為排放問題,需要處理氮氧化物。

不嫌啰嗦繼續往下看。

解決排放問題的方法有兩種,一種是「預防」,在事物發展的前期遏制問題的發生;一種是「治理」,在問題發生以後進行有效的收尾。這兩種方法分別叫做前處理和後處理。前處理治本,後處理治標。柴油機的排放物,主要是氮氧化物NOx和和微粒PM(包含碳煙DS),其次是HC 。柴油機的CO和HC與汽油機相比少很多,但PM要多出不少。

柴油機的歐洲排放標準是這樣的:

90年代初,很多技術得到電控的輔助,發展迅速(比如日本電裝拉開高壓共軌的序幕),通過燃燒室、噴油規律、進排氣等等的改進,在機內完成凈化是可行的,但不論是歐洲還是中國,基本在第四階段的排放指標完成了一個轉折,完全依靠前處理來達到當下的標準,已經做不到了,CO作為燃燒完全與否的證據,其標準在後幾個階段都沒有變化,這基本可以說明「繼續優化燃燒解決排放」是比較困難的一件事。

前面提到柴油機的排放物最關鍵的是NOx和PM,處理微粒主要靠微粒捕集器(DPF),NOx則主要靠催化還原。NOx對於汽油機來說也是比較關鍵的排放物,汽油機與柴油機的NOx排放不會差很多,當然柴油機的控制會難一些,不過兩者基本在一個數量級。歐洲是在第三階段排放標準才正式將NOx排放單列一項的:

NOx的生成條件主要是高溫富氧。

汽油機的排溫比起柴油機要略高100~200°C,但通過一段管道以後到後處理的部分時基本都差不多。其後處理控制NOx主要是通過三效催化劑來完成的,三種貴金屬當中的銠Rh在較低的溫度下就可以催化NOx被還原劑還原為氮氣,還原劑可以是H2也可以是CO。不過這種還原反應是很依賴環境當中的氧濃度的,氧濃度超過一定限度以後,這種氧化還原反應就很難有效的實現,這是前提。

而不論是汽油機還是柴油機,燃燒過程基本上可以分為滯燃期(著火準備),急燃期(迅速釋放能量),以及後燃期(未在急燃期完全燃燒的燃料繼續釋放能量)。不過柴油機在後燃期之前,一般會認為存在一個緩燃期,這個時期燃燒仍然迅速,缸內壓力持續上升,可是活塞已經過了上止點開始下行,氣缸容積不斷增加,燃燒必須足夠快,壓力的上升才能抵消氣缸容積膨脹的效果,因此總體來說壓力上升速度比急燃期更慢。

在後燃期時,因為急燃、緩燃期間產生的廢氣以及中間產物的存在,氧濃度已經開始下降,如果氧濃度不足,會造成剩餘燃料的燃燒急劇惡化,結果就是燃燒不完全經濟性下降、微粒排放提升等等的效果。

柴油機的這個現象頗為嚴重,增壓的效果會在這裡帶來很多利好(事實上如今的柴油機增壓器幾乎是標配),因此柴油機需要富氧燃燒,可是富氧燃燒是柴油機的NOx控制更難的原因。

結合前面提到的三效催化器對氧濃度的依賴,讓柴油機使用汽油機的三效催化器是不現實的。

當然調節缸內燃燒也存在矛盾,即NOx和PM之間的難以調和,此消彼長。

使用尿素處理NOx的方法,被稱為SCR (Seletive Catalytic Reduction),催化作用選擇性超強。

SCR使用的還原劑可以是各種氨類物質,比如氨氣NH3,氨水NH4OH,尿素(NH2)2CO等等,甚至是一些HC。

使用氨氣時,工作溫度需要在250~500°C範圍內,相關反應是這樣的:

4NO+4NH_{3}+O_{2}
ightarrow4N_{2} +6H_{2}O

6NO+4NH_{3}
ightarrow5N_{2} +6H_{2}O

2NO_{2} +4NH_{3}+O_{2}
ightarrow3N_{2} +6H_{2}O

6NO_{2} +8NH_{3}
ightarrow7N_{2} +12H_{2}O

如果溫度過低,反應就沒辦法有效進行,溫度過高時,則會損傷催化器,並且會使還原劑直接氧化造成更多的還原劑消耗,導致新的NOx生成:

7O_{2}+4NH_{3}
ightarrow 4NO_{2}+6H_{2}O

5O_{2}+4NH_{3}
ightarrow 4NO_{}+6H_{2}O

2O_{2}+2NH_{3}
ightarrow N_{2} O+3H_{2}O

3O_{2}+4NH_{3}
ightarrow 2N_{2}+6H_{2}O

如果使用氨水作為還原劑,效果拔群。可以降低NOx排放95%以上。但是整機需要一套非常複雜的控制系統,而且氨水的氣味非常讓人難以接受。

所以通常來說,使用尿素更為方便,尿素的水溶液在200°C的溫度以上,會產生NH3。

(NH_{2} )_{2} CO+H_{2} O
ightarrow 2NH_{3} +CO_{2}

如此,通過噴射以及控制系統,就能夠有效的對NOx進行處理了。

ECU通過柴油機的轉速以及燃油噴射量計算出NOx的排放濃度,通過尿素理論、SCR催化器的溫度對NOx的轉化率進行估算,並計算所需要的NH3量,最後通過NH3與尿素之間的關係得到當下需要的尿素噴射量。

效率比較可觀,歐四要求的轉化率僅為50%。

對於排放而言,前後處理的技術如何搭配也比較講究,需要在性能與成本當中做折中。

還記得前面提到的,調節缸內燃燒時NOx和PM的矛盾么,使用後處理來調和這個矛盾是比較重要的,要達到歐四或者歐五的標準,SCR已經是比較常見的一條路了。


很多人看完想必會是這個反應:柴油車尿素,什麼鬼?

這個鬼我絕對有資格從實踐角度來說一說!所有去歐洲租柴油車的xdjm,都要注意不要重蹈我的慘劇啊!

2014年的11月5日。

坐標:西班牙、葡萄牙。

標籤:南歐的荒郊野外,開不出的詭異濃郁夜色,汽車冒煙,鬼打牆般的安達魯西亞大地。

因為「摳」,我們一行人租用了一輛柴油版夏朗,從馬德里出發。一路無話。在周邊晃了兩天之後,車子卻突然跳出來一個藥瓶狀的警告,大約告訴我們一種車用液體在1000公里後就要見底了。好歹開過很多車,我們的司機胸有成竹地在一個加油站打開發動機艙,巡視了一遍後,發現沒有任何需要添加的液體。這藥瓶子到底想告訴我們什麼呢?

隨車說明書是西班牙文的,還好打小會看圖,認清了這個藥瓶的含義是Ad Blue警告,可AdBlue究竟是什麼鬼呢?洋盤見識少,只能求助度娘。度娘告訴我們,這個東西中文名叫「車用尿素」,柴油車加註可降低排放。看到這裡我頓時鬆了一口氣,感覺天空飄過五個字:事兒逼歐盟。

於是又愉快地上路了,度娘條目最底下一行字被我們拋在了薩拉曼卡郊外的加油站了——缺這玩意兒,車子最終將無法點火。

一天後,我們已嗨皮到了葡萄牙。半夜裡,枕著大西洋海浪的波濤聲,不知道誰的移動設備自動更新,把租來的WIFI流量跑光了。

在離開里斯本之前,我們做了最後一次努力,找到一家租車行的連鎖店,小哥一聽我們這個情況當即表示,這車不行了,要給我們換車,噼里啪啦在電腦上折騰十分鐘後,他又告訴我們沒車。不過依舊nice的小哥指導我們去買Ad Blue,在他的指導下司機來回走了半小時,還是沒買到。最後的解決方案是:「你們路上自己找加油站買,肯定有的」。抱著對南歐人民的信任,和不能拖延的行程,夏朗帶病上路了。

悲劇的一天已經註定,你想想啊,里斯本這樣的大城市都買不到,鄉下哪裡有啊!

於是,在跨過四二五大橋之後,我們面臨著意料不到的麻煩:發動機當機的警報在倒計時,沒有wifi,離線導航一旦偏離路線那隻能硬著頭皮往回開了。半箱多的油量,我們要去往四百公里外的塞維利亞。

很苦逼地憑著四二五橋頭不遠處一家麥當勞的免費Wifi,在設置了離線導航後,我們開上N5公路。車載電腦的顯示屏不斷地提示著發動機當機倒計時,讓人惶恐不安。

考慮到導航不靠譜,我們沒有選擇不可逆的高速公路(冠冕堂皇的理由背後還有省錢這個摳門心理在作祟),改走Country Road。N5是一條宜人的公路,一路穿過森林、橄欖林、農場、河流與沙地,陽光燦爛的南歐小鎮與鄉村,可我們的眼中只有加油站,不放過任何一個加油站,不放過任何一個可以補充Ad Blue的可能性。

葡萄牙南部的淳樸與從容在每一個加油站體現的淋漓盡致。戴鴨舌帽的老爺爺在加油站門口的咖啡桌上悠閑地曬太陽喝咖啡,手裡燃著一支香煙,油槍離開他的煙頭大約就兩米左右的距離。這一切預示著,這裡沒有Ad Blue。事實的確如此,大多數營業員紛紛搖頭,聞所未聞,只有一家告訴我們有,不過是給大卡車用的。

這裡TM還是歐盟嗎?

終於,在開到離葡西邊境不遠的地方,里程倒計時結束了……發動機倒沒有當機,只是當機警報從橙色變成了紅色,也就是說不能再熄火。忘了告訴你們,我們租用的是一部手動擋,於是每一次起步抬離合,感覺就像阿波羅十三號點燃發動機調整軌道一樣,任何一個小失誤,都意味著墮入永恆黑暗。

帶著對未知路途的恐懼和怨氣,還有不爭氣的導航,一輛夏朗自帶著一片烏雲穿過伊比利亞半島當天晴空萬里陽光燦爛的南部,從葡萄牙混到了西班牙。

穿過國境線後,只要有加油站,我們就衝殺過去,口中大喊:交出Ad Blue!不幸的是,意淫拯救了我們精神的困境,現實卻往我們沉重的精神稻草上多加了一個碼——葡萄牙人多少會點英文,西班牙人只會西班牙語。

現在想起來,拂去夏朗頭上那片小烏雲的可能是離國境線不遠的一個西班牙小鎮,N433公路正從鎮中心穿越。可惜怨氣重重之下,那天居然沒有拍下一張照片。

為了有圖有真相,半年後的今天,拜偉大的谷歌地圖和街景功能所賜,又找到了它——Rosal de la Frontera。

穿過這個小鎮的下午,路邊的餐廳咖啡廳座椅上三三兩兩的坐著各種西班牙閑人,他們似乎都在笑我們,看著這輛頂著一片小烏雲的夏朗,他們每個人心裡分明在唱著我國童謠:「……你為什麼背著炸藥包……」是呀,為什麼呢,還不是怪你們事兒逼歐盟。

說來也怪,穿過Rosal de la Frontera之後,我們的WIFI恢復了,那時抬頭看了一下擋風玻璃,上面寫著租車公司的應急電話,這意味著,開了三百多公里路後,才發現一群人都是瞎子!指示很簡單,Ad Blue哪兒都有賣(你蒙誰呢!),看見加油站就能買(這一路去過的加油站還少嗎?)。帶著這個不靠譜的指南,繼續一路狂奔,眼看開了又快一個小時,大家紛紛表示聞到了焦糊味。

燒焦了!

燒焦了!燒焦了!

燒焦了!燒焦了!燒焦了!

開始為各種可能性幾乎要吵得不可開交的時候,前方出現了一道光——Aracena城郊的Estación de Servicio San Ginés綠色的招牌。

就是這家加油站。那一天,慌亂到一張照片都沒拍,感謝偉大的谷歌街景讓我找到那天一路上看到的細節。

在加油站兩個大鬍子西班牙爺叔的幫助下,雙方四人共同研讀了夏朗說明書,雞同鴨講煞有介事地討論了十分鐘後,爺叔鄭重其事地從櫃檯後拎出兩桶東西,以童叟無欺的表情,鄭重地邊點頭邊指著這兩桶液體,念念有詞:Si Si Si

兩桶Ad Blue和著我們的淚水加進了後備箱里一個角度操蛋的加註口,順便就熄火把加油的事兒辦了。加好油,重新打火,發動機干吼了一陣,死活打不起來……這玩意兒一點都不Si Si Si,加油站爺叔看著我們,無辜的表情瞬間浮現面容,兩手一攤。

司機搖下窗戶,大概冷靜了一下,想起剛才熄火沒拔鑰匙。果斷拔鑰匙,重插,重新點火,Arecana小城的郊區一片歡騰,這是逃脫無盡黑暗的聲音。

揮別西班牙爺叔,我們離目的地塞維利亞僅有90公里。

所以碼了這麼多字,我想說的是:哪怕你是個文科生,哪怕你是個女司機,即使看不懂關於車用尿素的化學原理理論知識也沒關係,你需要記住的是,它真的灰常灰常重要!如果去歐洲租了柴油車自駕,請你一定要在租車行一定要問清楚啊!


原理參考排名第一的答案,我也看不怎麼懂

我給說下為什麼不是所有的柴油車都要加尿素,正規渠道進來的柴油車這個功能都已經減配了,只有其他渠道進來的才有,一般美規柴油車都有,國產柴油車沒接觸過,不過應該沒有幾個車有吧

還是國家的環保要求高低的因素吧


這種規定現在國內的國4,國5車也有了,俗稱「自帶夜壺」


現在的排放標準,只是依靠優化發動機自身已經無法滿足(這是很多發動機技術工作者心中的痛啊!)。尤其是尾氣中氮氧化合物和一氧化碳兩種物質,當發動機燃燒充分時,一氧化碳產生量比較小,但燃燒溫度高,氮氧化合物生成的就多,因此這兩種物質是一個此消彼長的狀態。但人類的智慧是無窮的,既然發動機排出的氣體無法達標,那我就讓排到大氣中的氣體達標!於是就在發動機與大氣之間增加了一個處理尾氣的裝置SCR,靠噴射尿素來還原氮氧化合物,這樣排放到大氣的氣體是合格的!

並且以後後處理會越來越多!以後的發動機不是越來越大而是越來越長!!

題外話:如果北京的排放標準達到歐六,因為北京空氣質量如此的cha,那麼汽車排出的尾氣是在幫帝都凈化空氣啊!


用於還原尾氣中氮氧化合物,常用於衣柴油為燃油的汽車,比如卡車(重型)、客車等。


原理什麼的不說了也不太懂,請各位去歐洲租柴油車旅行的朋友們注意了,拿到車注意檢查一下後備箱有沒有濕漉漉的還一股奇怪的味道,如果有的話果斷換車。我就是被這ad blue泄漏毀了兩個背包兩件外套,索賠ing。這邊的一個朋友也遇到過,租車公司看一眼就知道是怎麼回事,可見不是偶然現象,這東西腐蝕性挺強的。


這叫SCR,屬於尾氣後處理設備,因為各國排放標準不同,北美和歐洲要求較高,所有卡車需要加裝SCR或者EGR。


中國的柴油車主要是大卡啊,也在用呢,上回去批發市場買菜,人家車用尿素的空壺就有一大堆.


電廠鍋爐除硝也用它。


歐五國五的標準不加SCR沒戲 SCR要加尿素。又一個乘用柴油車不好賣的原因。


為了改善柴油車的尾氣排放。是尿素作為反應物與尾氣中的氮氧化物進行氧化還原反應,這個系統叫做SCR系統,它由尿素泵、控制器、噴嘴、尿素箱、催化器等組成。這是一個機外的改善排放的措施,也有機內的改善措施,例如提升油品質量等等。


前面幾位已經解釋很全了,就是AdBlue的原理


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