為什麼爆出排放造假的大多是柴油車?相比汽油車,柴油車在滿足排放法規上有哪些困難?

新聞:【圖】涉自由俠等 德政府指控FCA柴油排放作弊

去年,美國相關部門披露了大眾集團旗下柴油發動機涉嫌造假的問題,作為德國最大的的汽車巨頭之一,信譽受損嚴重。今天又被爆出FCA在柴油排放作弊。所以,為什麼爆出排放造假的大多是柴油車?相比汽油車,柴油車在滿足排放法規上有哪些困難?


謝熊本熊邀

這個問題要從以下幾個方面來看

1.回答說汽油機排放比柴油機好的都是不嚴謹的,兩不同的機器沒啥好可比性,汽油機排放偏重氮氧化物和未完全燃燒碳氫化合物,柴油機偏重氮氧化物和顆粒,沒有可比性。

2.由於汽油機柴油機燃燒方式差異,使得柴油機不能使用三元催化器,三元催化器處理排放更加方便簡單。只需要保證發動機空燃比即可,三元催化器本身標定工作不多。

所以為了排放後處理,柴油機不得不使用DOC DPF SCR等裝備,這些設備使用根據車企技術路線和車輛情況而選擇,一般有DOC加DPF方式或者DOC加SCR方式。

而且,選擇任何一種後處理方式都需要大量額外的標定工作,這是不同於汽油機的三元催化轉化器的。

3.排放作弊的是乘用車,而乘用車一般選擇DOC DPF 來處理排放,而不是DOC SCR ,因為SCR 需要尿素罐,這個體積大,對於乘用車來說存在安裝問題,而且需要時不時添加尿素,使用太麻煩。如果使用DPF 來後處理,又存在標定周期長,成本高,駕駛體驗不太好等問題,對於乘用車來說,這些都不太好接受。

所以說,對於一款柴油乘用車,後處理設備多且複雜。

4.即使現在已經有吸附式的氮氧轉化器,但也有著設備昂貴,標定工作量大而複雜的問題,而且會帶來油耗的上升。因此對於柴油機乘用車,不得不花更多的時間,精力和金錢來應對排放。

在這種背景下,某些車企就耍起了小聰明。


謝邀!

前面@NaThAn 已經答得很好了,我再針對FCA柴油車排放造假這事從技術角度說說。

首先,發動機排放有一個終極矛盾:NOx和顆粒排放控制是相互矛盾的!就是NOx下降會導致顆粒的增加,反之亦然。這一特性在柴油發動機上特別明顯。搞排放定標準也要遵守原理法啊!隔幾年就要降低那麼多,臣妾真的做不到啊。

嗯,好吧,還是能勉強做到的。柴油機有原理壁壘,那我們就在柴油機外加後處理裝置。柴油機現在後處理有兩個技術路線:

1、優化燃燒+SCR 路線,先通過強化機內燃燒來降低微粒排放,再用 SCR 來降低因燃燒優化而產生的 NOx 排放。

2、EGR+DPF 路線,先通過 EGR 降低燃燒溫度以降低機內 NOx 生成,再用 DPF 捕集因使用 EGR 而略微增加的顆粒物,從而達到同時降低 NOx 和 PM 的效果。

(當然還有什麼四元催化劑,什麼DPNR等全能黑科技,但不是主流)

說白了,方案1就是放NOx,減少顆粒,然後靠後處理來搞定NOx。方案2是放顆粒,減少NOx,後處理把顆粒抓走。

國內重卡多選擇方案1,為什麼?因為省油呀!「優化燃燒」的意思就是省油,重卡對燃油經濟性敏感。

但是方案1也有一個不足,就是SCR本質上是靠噴尿素去處理NOx,而不是三元催化劑那樣一個蜂窩鐵塊塊不需要維護。尿素是有消耗的,每隔多少多少公里就要去加尿素,客戶會覺得麻煩,而且還要多花錢。

這大概也就是FCA排放造假的原因。根據已經爆出來的消息,是一個NOx處理裝置自動關閉,那這個所謂的裝置就是SCR了,所謂「自動關閉」,也就是不噴尿素了。結果就是客戶不需要頻繁去加尿素。

所以,我覺得造假並不是技術不足,說白了還是成本和產品競爭力的緣故。

還是那個問題,一個人願意為了環境掏多少錢呢?

以上。


謝邀

現在至少汽車界,科技的發展是隨著法規要求走的。

按照我掌握的信息,以歐洲為例,歐5和歐6標準分別在09和14年開始實施。

具體到具體標準,會發現歐5和歐6對於汽油車的排放要求是沒什麼變化的。所以以14年的技術應付09年的標準,沒什麼問題。

而柴油車方面,歐6相對於歐5,在碳氫和氮氧兩個方便都變得更加嚴格,碳氧和顆粒物兩項則沒什麼變化。

另外,由於柴油車本身的特性,其氮氧化物和顆粒物的排放比汽油車高得多,碳氧則少得多。

顆粒物好辦,氮氧化物一般就是柴油車廢氣排出之前過一下類似汽油車上三元的這麼個東西,用化學反應轉化掉。

而根據歐6標準,其對於汽油車碳氧化物的要求,相比於對柴油車,寬鬆了兩倍。也就是說法規上認可了汽油車碳排放更多的現實。

而對於柴油車的碳氫、氮氧的排放要求,卻並沒有因現實而放寬,相比於汽油車,要求只放鬆了一點點。換言之,法規認為,即使理論和現實上柴油要排放更多的氮氧化物,車企必須要把多的這部分消化掉。這個難度還是比較大的,至少為了達到要求車的成本會上升不少。

總結一下,對於汽油車,09年以來排放變准沒變,法規也和現實的排放特點相匹配(碳氧化物排放標準比柴油車寬鬆很多)。

對於柴油車,14相對09的要求更嚴格,而且嚴格到違背了柴油車本身的排放特點(要求柴油車的氮氧排放達到汽油車的水平)。不論法規的制定初衷和過程,這個結果導致了車企對於柴油車排放的達標要投入更大的精力,成本。

由此對於某些車企,不管是出於研發水平不足還是不能控制成本等等原因,就走上了作弊的道路。

突然想到一比喻

你和你基友,考語數英三科

你語文好,數學差,英語一般

他語文差,數學好,英語一般

而對你倆的要求,

對你基友09和14年沒變,語文60,數學90,英語80。這麼多年標準沒變,他本身又是數學比語文好這麼個水平,所以輕鬆達標。

而對你,14年開始要求嚴格了特別多,要求你語文90,數學90,英語80。語文英語你問題不大,數學你本身就60分水平,給你五年時間,你不光要達到80分的一般水平,還要更進一步達到90分的好的水平。你做不到,只能作弊了。

就這意思。

你要說不公平,那老師說了:語文好你爸就是語文老師,就應該好。數學差你菜都買不了,將來怎麼上社會?必須要好。瞎了,再大的意見也得聽老師的。


謝邀

廢話不多說,開始科普。

先從兩種類型的發動機的原理開始說。

先是汽油機,汽油機是預混合燃燒,過量空氣係數嚴格控制在1。也就是說理論上每次燃燒時,燃料剛好可以消耗點空氣中所有的氧,生成物只有二氧化碳和水(二氧化碳不是污染物,二氧化碳不是污染物,二氧化碳不是污染物)。而實際情況中,由於各種問題還會生成碳氫,一氧化碳,和氮氧化物。至於pm,由於汽油分子鏈短,而且由於是在進氣道噴射,有充分的時間混合和汽化,所以可以忽略不計。 在汽油車後處理中,三元催化器剛好可以把前前三項污染物轉換為水,二氧化碳和氮氣,從原理上說,汽油車更容易滿足法規要求。

接下來來講柴油機,首先明確一點,柴油機的過量空氣係數遠大於一,因此不能使用汽油機的三元催化器。其次,柴油機是擴散燃燒,在缸內直接噴燃料,燃料分子鏈較大,汽化時間短,因此汽化效果遠沒有汽油機好,因此容易產生pm. 那消除Pm的方法是啥呢? 除了科技捕集器就是提高燃燒溫度,但是提高燃燒溫度後氮氧化和物有會過高,所以柴油機就有了這個幾乎不可解的矛盾。

現在對於解決這兩種污染物基本有兩種思路,一是用廢氣在循環來降燃溫,這樣氮氧就降了,然後在用顆粒捕集器來對付pm,這套系統的優勢是體積小,所以多用於小車,但是相對會帶來效率下降等問題。另一種方案就是提高燃溫,然後用scr處理氮氧,scr技術需要噴射尿素,系統體積較大,因此多裝在大型車上。

那問題在哪裡呢?

如果用第一種方案,那麼會造成燃油效率變低,另外顆粒捕集器故障率高,這些都是客戶不願意看到的。那第二種方案呢?尿素是耗材,無疑又要客戶增加使用成本,換我我也不願意啊。

而且法規越來越嚴,就我那幾年的工作經驗來看,這些環保技術開發甚至有了為了追求過法規而做,而對於真正的環保並沒有很實在的用處。 而且相同指標的法規,柴油機的開發難度遠大於汽油機,最簡單的就拿噴嘴,柴油機動輒上千bar,而汽油機是10bar都不到,更不用說柴油機的氣流組織,後處理技術等問題也遠比汽油車困難。而這些都是需要真金白銀往下砸。

說到底,還是一個利字。


預備寫一個科普貼

歐美一般對四種污染物的排放進行限制。1)顆粒物(PM):造成霧霾的元兇,危害人類的呼吸系統。2)氮氧化合物(NOx):光化學污染的元兇,會對人類的中樞神經造成損害。3)碳氫化合物(THC):與NOx協同造成光化學污染。4)一氧化碳(CO):無色無味的有毒氣體,與血紅蛋白結合,使其無法為身體供氧。

先科普汽油發動機和柴油發動機的區別。

這個是4衝程汽油發動機

這個是四衝程柴油發動機

對於4衝程發動機(4-stroke engine)來說,第一個衝程是進氣衝程,進氣門打開。第二個衝程是壓縮衝程,氣門關閉壓縮氣體。第三個衝程燃燒做功。第四個衝程排氣門打開排放尾氣。活塞往複循環走兩次720度。

不同的是,汽油機進氣的時候進入的是汽油和空氣的混合。而柴油機進入的只是空氣。然後在活塞壓縮氣體到上止點後,汽油機靠火花塞點燃油氣混合物,而柴油機直接噴油,由於壓縮氣體產生高溫,柴油噴進去之後直接燃燒。

所以點燃方式的不同都產生了神馬影響呢?

首先就是汽油和柴油的不同,汽油是短鏈(平均大概8個碳),柴油是長鏈(平均大概16個碳)。汽油需要在高溫下不自燃,如果在活塞走到上止點前,由於壓縮空氣溫度上升,油氣混合物自燃了,就會產生爆震(knock)損壞發動機。柴油如果噴進去的時候在高溫下不自燃,發動機就會熄火(misfire)。這都是不行的。

第二就是壓縮比的不同,導致熱效率(efficiency)的不同。壓縮比是指活塞在下止點是氣缸體積/活塞在上止點氣缸體積。根據某個我實在懶得貼上來的公式,壓縮比越高,熱效率越高。可是壓縮比越大,在壓縮衝程結束的時候缸內氣體溫度也越高。對於汽油機來說壓縮衝程缸內溫度太高不行的,會自燃爆震啊。可是柴油機後噴油就不存在這個問題了,溫度高好啊,反正就是要自燃么。壓縮比的不同,就直接導致了柴油機的熱效率遠遠的大於汽油機。

這就引出了第三點。柴油機熱效率比汽油機好那麼多,為什麼不都用柴油機算了呢?答案是多麼的簡單,因為柴油機臟啊,就是說排放不過關啊。為什麼柴油機排放大呢?首先是氮氧化物(NOx),根據另一個我懶得貼出來的公式,NOx的形成速率是跟溫度呈指數關係的,前面也說到柴油機壓縮比大所以燃燒溫度高,所以生成的NOx顯然更多。另一個就是碳煙(soot)啊,就是傳說中霧霾的元兇。汽油機中油氣是均勻混合的,所以反應過程中油氣充分接觸產生的soot相對很少。可是柴油機就不一樣了,油噴進去直接燃燒,根本來不及混合啊,所以接觸不到足夠空氣的油在高溫下直接熱解(pyrolysis)形成了soot。

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然後科普後處理系統的不同

汽油機用的是TWC(three-way catalyst)傳說中的三元

TWC只能在化學配比平衡的時候使用,所謂化學配比平衡就是空氣中的氧氣不多不少剛好使得汽油全部氧化成水和二氧化碳。汽油機中,油氣事先混合好,油門控制進氣量。很容易實現。因為化學配比平衡,TWC 可以用NOx 把不完全燃燒的UHC,CO和soot 剛剛好氧化掉。

柴油機就相當複雜了。油門控制進油量,不控制進氣量。化學配比不可能平衡。(為啥不控制?如果進氣量太少的話,壓縮之後溫度不夠高會使得柴油無法自燃吧。)

首先是DOC (diesel oxidation catalyst) 把不完全燃燒的UHC,CO氧化,同時把NO氧化成NO2。

然後是DPF(diesel particulate filter) 把soot 過濾起來。

最後是LNT/SCR,中和NOx形成氮氣。

(關於後面這兩個,由於本人比較懶,抄一個自己以前寫的答案)

關於柴油機的後處理系統複雜啊,難以標定啊什麼的,之前的答案都說的很好啦,我想說這系統不僅難控制,而且費油所以使得各個廠家有motivation干這件事啊。

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鏈接:柴油汽車上「氮氧化物催化裝置」的工作原理是什麼? - 孫晨曦的回答

柴油機尾氣處理降低NOx 主要有兩種方式。一種是使用LNT (Lean NOx Trap),其工作原理是在柴油機正常運行的時候,用存儲材料(storage material)將NOx暫時存儲。而後,以富油燃燒(油多空氣少)的方式產生較多不完全燃燒產物一氧化碳(CO)和碳氫化合物(THC),用來與NOx發生中和反應,還原NOx形成氮氣。另一種NOx後處理系統為SCR(Selective Catalytic Reduction),通過向尾氣中噴射尿素溶液,分解產生的氨氣(NH3)與NO或NO2發生中和反應,產生無害的氮氣(N2)和水。

相比於SCR,LNT的優勢在於其成本相對較低,體積較小,不需要後續填充尿素。尿素溶劑的凝固點為 -11oC,所以需要加熱系統以應對寒冷地區氣候。每次更換機油周期大概需要5加侖(19升)尿素溶劑,更對於其體積和質量提出了要求。可是,LNT儲存的NOx需要富油燃燒再生周期定時對其還原,這會對車輛的燃油經濟性(fuel economy)產生負面影響,也就意味著行駛同樣的路程需要更多的燃油,降低了每加侖英里數(MPG)。使用LNT大概會降低3-7% 的燃油經濟性。同時,對於大排量柴油機,LNT的效果差強人意,近年來更多品牌的選擇了使用成本較高的SCR。

柴油機降低排放一般都是這兩種原理。總結起來就是:

LNT 效率低,費油,轉化率相對差。但是成本低體積小,而且不需要保養(不需定期填尿素)。

SCR 效率高,不費油,轉化率好。但是相對貴,並且用戶體驗差(需要定期填尿素)。

所以關閉NOx催化系統可以得到如下好處:

如果用的是LNT:目的很簡單,省略了富油燃燒產生CO/UHC,還原催化劑上吸附的NO2的步驟。可以省油,增加燃油經濟性(fuel economy),增加每加侖里程數。

如果用的是SCR:可以省尿素(寫完這句特別想汗一個)。個人感覺如果用SCR還關閉催化系統的話也有些過於明目張胆了。尿素用的太少應該很容易會被發現吧。

對於柴油機來講,氮氧化物(NOx) 和碳煙(soot)是其兩大排放問題。曾有人問我為什麼大家都對NOx作弊,沒有對soot作弊的。

原因是,處理NOx 的催化劑都是氣流經過式的。關掉的話尾氣也可以排出去。而處理碳煙soot用的是DPF (diesel particulate filter)。Filter 顧名思義就是過濾。DPF一組是一端開口,一端封閉,靠這些茫茫多的wall來把碳煙trap住的系統。也需要定時的加熱來把集在壁上的碳煙氧化掉。叫做DPF regeneration。如果soot在壁上越積越多,就會大大的增加back pressure,尾氣就排不出去了。

Active regeneration 的時候,意思就是需要把DPF加熱。可以電加熱,也可以用post-injection的方式增加尾氣溫度加熱。總結起來要麼費電要麼費油,在汽車上費電其實也就等於費油。

可是還有一種passive-regeneration,意思就是不需要多餘的動作,碳煙soot一邊集在壁上,一邊慢慢的氧化。NOx 其實是一種特別好的氧化劑,可以大大的提高soot的氧化。同學們不要問不還原NOx會不會增加passive regeneration。一般處理soot的DPF在處理NOx系統的前面所以其實沒差。

----------------------我是繼續說點題外話的分割線----------------------------

由於柴油機的熱效率高,輸出功率大,所以呢一般用在大卡車上面。而為了減低排放,家用的輕型車一般都是汽油車。

這個估計會有人感興趣:很多人問過我不同號汽油有啥不同,國內用的是90、97,美國用的是87,93。這都是指辛烷值(octane number),其實三種汽油雖然號碼不同,但從小到大相對應都是一樣的,只不過標定的方式不同所以數值不同而已。

octane number 越高呢,這個汽油就越不容易爆燃爆震,所以呢汽油機的壓縮比就可以提高一些啊,動力就可以更好一些唄。所以好車需要用好油么。還有人問過我加錯了行不行。把高號碼的汽油加到要求低號碼的車裡是沒有問題的,不過完全沒有必要只是浪費錢而已。把低號碼的油加到需要高號碼的車裡面就不行了,因為會knock,發動機就毀了。

寫完洗洗睡了。


問題本身已經有很多很專業的答案了,所以我來這裡不是答問題的,是就問題描述來說說自己的一些親身見聞……

FCA爆出作弊說實話我一點都不奇怪,記得之前有一台大切諾基3.0TD柴油版的長測車,無可否認VM這柴油機能把這麼一台兩噸多重的SUV拉到6秒多破百真的很強悍,而且實測油耗也的確在8升多百公里,經濟性一流,然而,對於它的排放控制,我一直是有懷疑存在作弊行為的。

原因在於,怠速的時候,其廢氣就是經過良好後處理的柴油機尾氣那種帶酸味的特有氣味,但只要它的工作負荷達到一定程度,例如上個坡啥的,打開窗戶馬上就能聞到只有在搭載老舊4J引擎的輕型貨車旁邊才能聞到的刺鼻刺喉的未經處理的柴油尾氣味兒了。

一開始我以為是那一台試駕車車況不佳的問題,直到一年後由於出了新年款,我們又提回來了改款後的大切諾基3.0TD(動力系統沒有改動),問題依然……

更不用提每次急加速深踩油門它就噴黑煙……


本人的微信公眾號寫過一篇關於大眾排放門相關技術解讀的文章。感覺和這個問題挺貼合。因此引用如下,供參考。

作者:辣筆小星

鏈接:Xingwei - 辣筆小星 - 知乎專欄

來源:知乎

著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權,非商業轉載請註明出處。

最近最火爆的系列新聞莫過於大眾汽車柴油發動機車型在美國市場排放檢測中「涉嫌作弊」,導致正常駕駛時氮氧化物NOx排量可能超出標準限值的10~40倍,被美國環保署處罰180億美元。並且大眾CEO文德恩也因此發表道歉申明後引咎辭職。那麼今天我們就圍繞著大家比較感興趣的四個問題,來探討一下美國的EPA排放標準到底有多嚴。而應對的正途又有哪些。

問題一,美國的EPA排放標準有多嚴?

先來張對比圖。如下圖一是美國EPA排放標準和歐洲Euro排放標準的對比。大眾此次「涉嫌作弊」的柴油發動機車型對應的EPA排放標準為下圖中的EPA T2-B5,即EPA Tier2 Bin5(等級2組類5)級別。其強制實施開始時間為2007年年初一直至今。相比對應的Euro 4,5,6(歐四,歐五,歐六)標準,EPA的氮氧化物NOx的限值明顯低非常多。而對應的顆粒排放物PM限值基本相同。那麼EPA的氮氧化物NOx的限值具體是多少呢?我們看下圖二所示,美國EPA Tier2 Bin5級別對應的氮氧化物NOx排放限值為0.05g/mi,即0.05克每英里。由於1英里=1.6公里。因此實際上換算成公里以後EPA標準的限值為0.03g/km。那歐洲Euro 4,5,6對應的限值為多少呢?我們看下圖三。如下圖三上半部分柴油發動機限值表格所示Euro 4,5,6分別對應限值0.25g/km、0.18g/km、0.08g/km。分別是EPA Tier2 Bin5級別限值的8倍、6倍和2.6倍。看了上面的數據你就知道美國EPA排放標準有多嚴格了吧。要知道歐洲Euro 6標準在2014年剛剛施行,而早在2007年EPA就限制了更加嚴格的氮氧化物NOx排放要求。對於目前國內的排放標準來說,更加接近於歐洲的排放要求。

問題二,實現美國EPA這樣的排放標準難嗎?

答案是要實現達標的NOx排放不簡單,尤其對於柴油發動機來說是個非常大的挑戰。氮氧化物NOx的形成過程是一個和溫度相關的化學反應過程。當發動機燃燒產生高溫時氮氣N2和氧氣O2在空氣中反應形成氮氧化物NOx。由於柴油發動機燃燒的機理不同於汽油發動機(汽油發動機為火花點燃,柴油發動機為壓燃),以及其物理化學特性的不同,柴油發動機在燃燒時產生的溫度更高,容易產生更多的NOx,因此面臨更嚴重的NOx排放問題挑戰。由於柴油發動機的內燃電控技術仍然還在持續改進中,目前還無法完全在燃燒時將NOx的排放降低到可以接受的程度。所以目前排氣後處理Aftertreatment技術仍然是柴油發動機降低NOx排放的必須手段。

在排放的尾氣中,氮氧化物NOx主要由93%的NO(一氧化氮nitric oxide)和5%的NO2(二氧化氮nitrogen dioxide)以及餘下的少了其他氮氧化物比如N2O(一氧化二氮nitrous oxide)組成。由於氮氧化物NOx是酸雨形成的主要原因,因此正在被排放法規越來越嚴格的進行限制。

問題三,什麼方法才是應對如此嚴格的美國EPA排放標準的正確方法?

如回答問題二時提到的,目前排氣後處理Aftertreatment技術仍然是柴油發動機降低NOx排放的必須手段。那麼針對排氣後處理Aftertreatment技術,主要關注點可以概括為三個關鍵詞EGR(廢氣再循環Exhaust Gas Recirculation),LNT(Lean NOx Trap吸附催化還原系統),SCR(Selective Catalytic Reduction選擇性催化還原系統)。

EGR(廢氣再循環Exhaust GasRecirculation)

顧名思義,EGR技術就是將燃燒過的廢氣再次引入氣缸參與燃燒的技術。由於燃燒過的廢氣氧含量很低,再次引入氣缸以後降低了氣缸內氧氣的比例。從而減少了富氧燃燒,進而降低了燃燒溫度。對應的由於富氧燃燒減少了,氮氧化物NOx的含量就減少了,不過動力輸出也會受影響降低。當然EGR技術涉及引入氣缸的廢氣比例,即排氣循環比例是通過發動機電控模塊ECM根據發動機工況和動力輸出需求實時調整的。因此其保證了對應動力輸出需求下較低的NOx排放。EGR技術是最早出現的排氣後處理Aftertreatment技術。並且在汽油發動機和柴油發動機中都可以使用。如果大家有機會接觸到通用別克老款君威或GL8的3.0L或2.5L V6汽油發動機,就會發現其早在2004年就配備了EGR廢氣再循環系統。如下圖一為2004年款通用別克GL8 V6 SFI汽油發動機。下圖二為別克V6 SFI汽油發動機所配備調整排氣循環比例的EGR電控閥特寫。在2004年大部分國內消費者還不清楚EGR技術的功能和作用時,通用已經用上了這樣的技術。這也從另一方面體現了當時美國的NOx排放要求之嚴格,使得以通用為代表的美國整車廠早於其他車廠開始採用相應的EGR技術降低NOx排放。

當然隨著時代的發展,EGR技術也得到了改進。目前主流的EGR技術包括高壓EGR和低壓EGR兩種。如下圖右上角所示的就是高壓EGR,即高壓EGR的兩端分別連接排氣的輸出口和進氣的輸入口,這兩個埠的壓力都是相對較高的。高壓EGR也是比較早出現的EGR技術。對應的下圖左邊所示的就是低壓EGR,即低壓EGR的兩端分別連接排氣管的尾段和進氣管的初段,這兩個埠的壓力都是相對較低的。燃燒後排出的廢氣(Exhaust Gas)通過排氣口流過了渦輪增壓器(Compressor),廢氣中的動能被傳遞給了進氣側,其壓力和溫度相應地有所降低。然後廢氣又流過了催化還原器和顆粒物過濾器(Particle Filter),其中的有害物質及顆粒物被消減和濾除同時廢氣的壓力和溫度進一步降低。然後處理過的廢氣在通過排氣擋板(Exhaust Flap)排出排氣管之前,其中的一部分廢氣通過EGR廢氣再循環的管路流向了進氣管。這部分廢氣通過EGR冷卻器(EGR Cooler)進一步降低溫度和通過EGR閥門按照一定的比例和進氣管中的空氣(Air Inflow)混合。然後廢氣和空氣的混合氣體通過渦輪增壓器(Compressor)加壓後通過增壓冷卻器(Supercharging Cooler)將因增壓所增加的溫度降到可以接受的水平並送入進氣管參與燃燒。高壓EGR和低壓EGR各有優勢,因此如下圖所示有時同時出現在同一套排氣後處理系統中。發動機電控模塊ECM會根據發動機的工況和轉速實時地對EGR系統進行調整。當發動機工作在低負荷或者怠速工況時使用高壓EGR系統。隨著發動機負荷和轉速的提升,逐漸切換到低壓EGR系統,增加排氣循環比例,從而在發動機中高負荷工況下有效的降低NOx排放。尤其在發動機的高負荷工況下,冷卻後的低壓EGR系統較傳統高壓EGR系統有更好的NOx排放消減效果。不過低壓EGR系統也對發動機電控模塊ECM提出了更高的要求。低壓EGR由於壓力較低,其流量和EGR節氣門開度呈現非常大的非線性。這就造成了發動機電控模塊必須根據排氣循環比例的需求,實時監控排氣循環流量,從而調整對應的EGR節氣門開度。

LNT(Lean NOx Trap吸附催化還原系統)

LNT技術是基於特殊催化劑組成的吸附裝置,可以吸附排氣中的氮氧化物NOx。這個特殊的催化裝置被稱為NOx Catalytic Converter氮氧化物催化器,或稱為NOx Storage氮氧化物存儲器(因為其可以吸附存儲NOx)。下圖一為氮氧化物催化器的刨面照片。下圖二為氮氧化物的工作原理,其特殊的特性可以將氮氧化物吸附在表面上。

各位可能要問了,既然這種催化器有吸附存儲NOx的作用。那要是存滿了NOx以後該怎麼辦?難道還要像凈水器濾芯一樣定期更換?答案是否定的。LNT吸附催化還原系統為了解決這個問題,當NOx的吸附存儲量達到一定以後必須進行一種再生模式(Regeneration Operation)。如下圖所示每隔60秒,當圖上部發動機普通工作模式Stratified Charge Operation產生的NOx(圖中小紅點)被大量吸附在氮氧化物催化器中。此時需要進入為時2秒的再生模式(Regeneration Operation)。此時發動機加濃了燃油的噴射,即使得燃油的配比大於所需要的空氣。這樣就有更多的碳氫化合物HC,一氧化碳CO進入排氣系統。通過HC和CO與吸附在氮氧化物催化器中的NOx反應,就可生成無害的氮氣N2,水H2O,二氧化碳CO2和氫氣H2。經過這個再生模式,催化器中的NOx得到了清除。又可以進入圖下部的普通工作模式,進行新一輪的NOx消減工作。

SCR(SelectiveCatalytic Reduction選擇性催化還原系統)

選擇性催化還原的選擇性體現在它並不是時時刻刻都在消減NOx。而是利用了尿素(Urea),具體為車用尿素(AdBlue),產生的氨(Ammonia)在SCR催化器中與NOx反應而轉化為無害的水和氮氣。而尿素這種消減還原溶劑又被稱為DEF(Diesel Exhaust Fluid柴油排放溶劑)。如下圖所示,左邊藍色部分的DEF儲罐通過DEF泵和噴嘴將定量的尿素噴入SCR催化器與NOx進行反應,從而降低NOx的排放。這個定量的尿素噴射過程被稱為配量(Dosing)過程。SCR技術可以有效的降低NOx的排放,不過它的確點就是必須消減還原劑尿素是消耗品,必須定期添加。相應的用車成本提高了。

那麼為了配量合適的尿素,必須知道當前的NOx含量。這個任務就交由一種特殊的感測器,NOx感測器完成。下圖一為來自日本NTK的NOx感測器。下圖二為NOx感測器的感測原理。其基於與氧感測器類似的機理。通過氧化鋯金屬遇氧離子能夠產生微量電荷的特性,從而將氧含量轉化成電信號。只不過NOx感測器更加敏感,它能夠將排氣中100ppm以下的NOx物質再次分解成N2和氧離子,通過氧離子再次轉化成電信號從而對應到NOx的含量。

問題三,大眾是如何以及為何在美國EPA排放測試中作弊?

關於如何作弊,在大眾的道歉申明以及美國EPA的違規公示中都有提到大眾採用了一種失效性裝置「Defeat Device」,即一種作弊軟體,能夠分辨出車輛是否在接受排放測試。當車輛在接受排放測試時使用Dyno(完美調教)模式。當車輛正常行駛時使用Road(道路)模式。之所示軟體可以識別到車輛正在進行排放測試,主要原因就是排放測試必須遵循特殊的測試工況。美國EPA排放規定對應的測試工況為FTP(聯邦測試程序Federal Test Procedure)。具體如下圖所示,FTP測試工況包括三個主要工況段,每個工況段所包含的路況和時間都是有嚴格規定的。那麼通過檢測這些既定的工況和時間就可以得出車輛正在進行排放測試的信息。

美國EPA的違規公示中所示的信息,此次大眾違規涉及近50萬輛大眾柴油汽車。而大眾也宣布涉事的配備EA189系列柴油發動機的汽車全球召回數量將達到1100萬輛。下圖一為美國EPA的違規公示的網站信息,下圖二為具體涉事的大眾車型。

那麼相應的涉事車型所使用的柴油發動機分為三代產品。

第一代Gen1柴油發動機採用了之前提到的EGR和LNT技術結合的排氣後處理系統。如下圖中可以看到LNT技術標誌性的氮氧化物存儲催化器(NOx Storage CatalyticConverter)。採用Gen1技術的EA189柴油發動機搭載在捷達Jetta車型上於2009年在美國上市。如前文提到的LNT技術的一個特點就是每隔一段時間需要進入再生模式對催化器中的NOx進行清除。因此相應的發動機動力會有一定的損失。在加上EGR技術在降低發動機燃燒溫度的同時也會一定的降低發動機動力。因此可能成為大眾作弊的主要原因,通過作弊迴避因降低排放造成的發動機性能下降。實際上大眾當年還重點宣傳其強大的柴油發動機技術,能夠在小型柴油轎車上在不使用SCR技術的前提下達到良好的排放以及優秀的發動機性能。而SCR技術將重點用於大眾的大型柴油轎車或者中型商用車上。這一宣傳也有很大可能造成西弗吉亞大學選擇大眾的柴油車型進行柴油發動機的研究,從而最早發現了大眾Gen1發動機的作弊現象。

第二代Gen2柴油發動機採用了之前提到的EGR和SCR技術結合的排氣後處理系統。如下圖中可以找到標誌性的低壓EGR以及SCR催化器和SCR噴射閥。在美國EPA發現大眾Gen1發動機的作弊問題以後,在2015年的5月開始針對大眾Gen2技術的EA189發動機進行調查。測試採用FTP工況,但特殊的是反覆循環測試前文提到的FTP第二工況段。測試發現在測試的初期SCR閥能夠正常的配量Dosing還原劑DEF從而保持NOx排放滿足標準(即工作在完美調教Dyno模式)。但後期SCR閥停止了配量Dosing,導致NOx排放超標(即工作在道路Road模式)。理論上大眾的Gen2柴油發動機採用的EGR SCR技術已經可以在保證發動機動力的情況下降低NOx排放到達標的標準。但此處仍然涉及作弊很有可能是出於通過作弊減少SCR技術所需的尿素溶劑的使用量,迴避用車成本增加問題。

第三代Gen3柴油發動機,引入了新的發動機代號EA288,於2015年正式在美國上市。其基於的是更新的EGR SCR技術。如下圖一所示EA288發動機所用的低壓EGR和SCR更靠近發動機,便於集成的熱管理。下圖二為EA288發動機的刨面照片。目前大眾申明Gen3的柴油發動機並未使用作弊軟體。不過美國EPA已經要求大眾在第三方機構的監督下全面地針對涉事的Gen1,Gen2, Gen3發動機車型進行召回後的調查。

綜上所示,根據比較美國EPA的排放標準確實非常嚴格。而且NOx排放一直以來都對柴油發動機是個非常大的挑戰。對應如此嚴格的排放標準,柴油發動機後處理技術是必須的手段。而後處理技術又離不開三個關鍵詞EGR,LNT,SCR。大眾涉事的發動機通過「失效性裝置」判斷是否正在進行排放測試,從而使用不同的工作模式。這很有可能出於兩個原因:一、通過作弊迴避因降低排放造成的發動機性能下降;二、通過作弊減少SCR技術所需的尿素溶劑的使用量,迴避用車成本增加問題。

實際上可以說美國市場本來就是一個不傾向於柴油車型的市場,柴油車型只佔總市場的2%。大眾目前在美國市場極低的佔有率就說明了問題。也許大眾當初就不該強行推廣柴油技術。也許像中國市場一樣推廣汽油發動機是個更好的選擇。再也許大眾應該讓用戶去選擇是否能夠接受發動機動力的降低或者用車成本的上升去換取更低的排放。但歸根結底,再多的也許也挽回不了大眾的作弊醜聞。有過錯就只能吞下苦果,這就是所謂的企業責任。


柴油機和汽油機排放談不上誰好誰壞,只能說各有側重(裸機情況,不含後處理)。柴油機主要是氮氧化物和顆粒,汽油機主要是氮氧化物和碳氫化合物。

之所以看起來汽油機排放低,是因為汽油機是均質燃燒,空燃比固定,可以用三元催化器方便的反應掉污染物(剛好有碳氫做還原劑,氮氧化物做氧化劑,且配比穩定)。而柴油機是擴散燃燒,空燃比不固定,所以不能簡單的用三元催化器。並且排放物中並沒有合適的還原劑。需要額外補充還原劑,比如scr中的尿素,比如dpf中的柴油,這都是額外成本啊。所以看起來柴油機排放控制比較困難,實際上現在困難並不是不能客服,而是成本問題。乘用車柴油化我看是不行了,不但柴油機,汽油機都懸了(混合動力,電動吊打各種傳統內燃機),商用車還是可以堅持柴油機很長一段時間(里程夠多可以回收後處理的成本)。

(可能有錯歡迎指正)


從事農業機械銷售。柴油發動機地車大多數不是為了享受,而是為了出力賺錢,所以購買者多考慮價格和維護。

國家現在強制農業機械,國標二發動機換國標三。本意是好,為了環境,但使用者從購買成本和使用者地成本大大提升,這也就是造成個別廠家造假地原因。

舉例:成本上一台130馬力地拖拉機成本價提高一萬兩千元。維護上國標二發動機油嘴一個只為100元左右,而國標三油嘴具賣零件的人說一個1500元左右。而且不能加吃小加油站地油,加了第二天就可能堵上。

所以就會出現有些廠家為了銷量弄虛作假,哪怕一台車比原先貴,但只要比其他地便宜,就會有市場。


柴油機排放技術路線:國3-增壓中冷+共軌1400,國4-共軌1600+效率75%SCR,國5-共軌1800+效率85%SCR,國6-共軌&>2000+效率&>90%SCR+DPF+DOC

汽油機排放技術路線:國3-三元,國4-三元,國5-三元,國6-三元......

當然現在汽油機也有冷啟動排放問題,直噴汽油機也有顆粒排放的問題,但總的來說汽油機的命門不在排放,在油耗


不是只有柴油車,大眾的汽油車尾氣也有造假的


原因很簡單:

柴油機裝了SCR之後油耗會上升,動力性能會下降;

柴油機的主要用戶是貨車,各種型號的貨車。

油耗上升動力下降車主肯定不高興。

這時候只要有一家車廠造假,比如裝個SCR但是把氣道堵上,看起來美美的但是沒卵用,那車主肯定買他家的。

然後就劣幣驅逐良幣。

然後所有廠家為了生存就全這麼幹了。

這事不怨車主,也不能完全怨廠家,要找原罪,就是監管不力,執法不力,懲罰不力。

你問柴油車滿足排放法規有哪些困難?

技術上沒有。


作弊還能因為啥。。。無能為力唄


第一次答題,只是發表一下自己看法。

國內柴油車實施國Ⅳ排放標準之後從技術層面來說,國際上只有博世的高壓共軌技術能達到排放標準,而用博世的技術非常貴不說,對油品的要求也很高,俗話說的只吃細糧,不吃粗糧,有的區域油品達不到標準,賣出去的車也會出現各種問題,所以會用其他接近排放的技術進行造假。


按目前的公用技術,採用前置廢氣處理技術是無法完成國六排放標準的。而通過後置廢氣處理技術,不但功重比下降,投資變高,也不能在全工況達到國六標準的,比如發動機啟動工況,和重負荷工況。


難度上面都說了。

有一個背景需要知道,柴油內燃機的排放產物被世界衛生組織(WHO)列為一級致癌物。主要是肺癌,經常接觸兩年後會發病。

國內某廠最後的檢測線的肺癌發病率難以想像的高。


第一次被邀請的我應該配合表演,然而這道題我並不會。。。。。。。。。。。。。。不過還是瀉藥



謝邀

因為柴油燃燒後的污染物比汽油的更難以處理


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