一，國六天然氣發動機為什麼選擇當量比燃燒？

國五以前的天然氣發動機其發展方向是稀薄燃燒。但是，到了國六以後為何又轉向回頭去採用比較保守的當量比燃燒呢？

我們知道天然氣發動機的理論空燃比是17.2/1，意思是17.2公斤空氣可以將1公斤天然氣完全燃燒掉。所以理論空燃比也叫當量比，依靠空氣燃燒做功的內燃發動機都有一個難題:燃料和空氣在極短時間內難以均勻混合。

當量比燃燒尤甚，當混合不均勻的話就會造成局部區域混合氣過濃難以充分燃燒或燃燒時間過長（後燃）。

沒有充分燃燒的天然氣及其殘留物會汙染環境（後文會講到利用三元催化來消除天然氣燃燒後的殘餘可燃氣體）

做功燃燒時間過長會帶來發動機高溫的問題:一個最佳的燃燒模型就是在過上止點的一瞬間燃料可以燒的乾乾淨淨，如果直到排氣行程還在燃燒的話（後燃）必然會造成缸體，缸蓋，氣門以及排氣高溫。

從燃燒控制角度來看，當量比燃燒對於稀薄燃燒來說混合氣濃度一直較大，採用當量比燃燒的天然氣發動機在動力性表現會更好，瞬態響應快，低速扭矩表現更好。

這也很好解釋了為什麼一些天然氣發動機升級國六後，動力更強了；同時，因為沒有過量的空氣，所以也不會產生大量的氮氧化物排放。

但是，採用當量比燃燒方式發動機的熱負荷問題，其發動機整機、冷卻、燃燒、排氣等系統都需要強化，有些零部件必須使用進口耐高溫材料，這就意味著發動機成本會大大提升。

天然氣發動機採用多點噴射的目的就是為了讓天然氣和空氣更好的混合。

即使這樣也不能從根本上解決空氣和燃料混合難的問題,所以設計師們發明了稀薄燃燒技術。就跟戰場上殺敵似的，一對一的情況下總是不可能將敵人完全殲滅。

如果讓兩個戰士甚至三個，四個戰士對付一個敵人，將敵人包圍住就可以將敵人消滅的乾乾淨淨，基本上不會有多少漏網之魚！同理，讓過量的空氣進入燃燒室，保證每個天然氣分子都可以讓空氣充分包裹就可以達到徹底燃燒的目的。

燃燒的越徹底我們說越節能！所以，在環保標準不高的時候，節能才是天然氣發動機的主流！

稀薄燃燒節能的同時帶來了大量的氮氧化物（因為空氣中主要成分是氮氣和氧氣，沒有參與燃燒的過量空氣經過高溫以後會產生大量的氮氧化合物）而氮氧化物因為遇溼呈強酸的特性會戕害人的下呼吸道，特別對於老人，小孩，體弱多病者危害尤其大。

並且氮氧化物也是光化學煙霧和酸雨的主要來源之一,我們看到的柴油車外掛所揹負的尿素系統就是為了解決氮氧化物排放問題。

天然氣發動機稀薄燃燒的空燃比在19比1到25比1之間，也就是說天然氣發動機採用稀薄燃燒技術時的空燃比是採用當量比燃燒時的空燃比的1.1倍至1.5倍。

因為天然氣點火溫度要求更高的緣故過稀的混合氣會造成點火困難以及後燃，高功率輸出的時候加速困難等現象。

所以天然氣發動機一般在1.1倍進氣量的情況下可以兼顧動力性的同時節能效果最明顯。反觀柴油發動機的稀薄燃燒，其空氣進氣量可以達到理論空燃比的2-3倍。

可想而知柴油發動機那麼多多餘的空氣參與燃燒，其氮氧化物排放如果沒有後處理的話是何其恐怖了！

這裡需要多說幾句的是:很多人認為冒黑煙才是汙染環境。帶尿素系統的柴油發動機不燒尿素其實汙染更大，隨著排放升級我們可以看到的是柴油發動機高壓共軌系統壓力越來越高，共軌壓力越高意味著空氣與柴油混合更好。

同時也意味著燃燒效率更高，燃燒室溫度也越高，參與燃燒的過量空氣也會產生更多的氮氧化物。

因為氮氧化物無色無味，所以不燒尿素比冒黑煙汙染大了去了！引用《穹頂之下》一句話: “將來有一天，我會離開這個世界，但是我的孩子還在其中生活，這個世界就與我有關，所以我才凝視它，就像我凝視你，所以我才守護它，就像我守護你”。

那為什麼國六天然氣發動機不採用稀薄燃燒加尿素系統來解決氮氧化物排放問題而要採用當量比燃燒的技術路徑呢？

這主要是從技術和成本兩方面來綜合考慮的結果，兩害相權取其輕，在當前環保重壓下，使用經濟性只能排在次要位置了，後處理相對簡單的當量比燃燒就成了必然選擇。

二，百害一利的EGR

前面說過，當量比燃燒的時候當空氣和天然氣混合不均勻的時候會造成局部混合氣過濃，在恰好剛剛夠的空氣總量條件下，相對應的，既然有的地方過濃必然有的地方會過稀，混合氣過稀的地方也必然會產生氮氧化物排放。

在環保要求不是很高的時候肯定不用去理會這些癬疥之疾，但在高排放等級要求下這些癬疥之疾就變成心腹之患了！

後文要談的三元催化有利用貴金屬催化轉化氮氧化物的能力，但是三元催化對於氮氧化物催化轉化效率極低，氮氧化物量多以後它就無能為力了。

如果是極少量氮氧化物排放利用三元催化就可以治理，但是對於國六天然氣三元催化卻無法滿足要求，兼顧經濟性和滿足排放的情況下只能用到EGR尾氣再循環系統了！

（相對來說，天然氣發動機因為燃料是氣體，所以對於燃料和空氣和尾氣的混合比柴油發動機要容易的多，所以天然氣發動機選擇EGR系統也就成了順理成章的事情了）

顧名思義，國六天然氣發動機尾氣再循環系統就是將燃燒過後經過冷卻的尾氣再通過進氣管和可燃混合氣混合以後進入燃燒室。

利用廢氣去擠佔燃燒室的空間，其作用有三個:

1，利用冷卻過的廢氣降低燃燒室的溫度和爆發壓力（想一想這就是在起反作用）；

2，減緩燃燒速度。（燃燒速度減緩可以讓發動機震動和噪音更柔和，想一想這也就是EGR技術百害裡面唯一的“利”了）；

3，因為有一部分尾氣進了進氣管所以減少了尾氣排放總量和減輕了後級尾氣處理系統（三元催化）的壓力。

簡單理解:如果說採用scr尿素噴射系統和三元催化是讓人把屁放出來再去治理的話，那麼EGR系統就是改造人的胃部，在進食的時候就避免了產生“氣”的可能。

EGR對於燃燒來說是起負面影響的，所以在發動機怠速的時候一般不進行EGR。因為怠速工況下一般只是克服泵氣損失和摩擦損失，假如進行EGR的話就沒有意義了！

在發動機大功率輸出的時候一般也不進行尾氣再循環（EGR），因為大功率輸出的情況下都是混合氣過濃狀態，沒有富餘空氣也很少會有氮癢化物排放，再加此時如果進行EGR的話勢必影響發動機設計性能。

那就只剩下中速階段了！EGR率是隨發動機工況變化而變化的，負荷越大，溫度越高EGR率越高。

需要說明的是:當水溫低，進氣溫度低（低溫環境），發動機有影響到動力的故障碼的時候，EGR都可能不工作（具體要看各廠家的控制策略）。

三，老生常談之三元催化 發動機尾氣排放物一般分固體和氣體兩大類

固體類比如我們耳熟能詳的顆粒物排放（黑煙），天然氣發動機因為燃料的特性所以一般沒有顆粒物過濾的需求。

而氣體類尾氣排放物主要有:碳氫化合物HC，這是天然氣燃燒剩餘可燃性氣體；一氧化碳CO，這是在缺氧條件下沒有完全燃燒的氣體；氮癢化物NOx，這是多餘空氣燃燒產生的氣體。

下面是百度百科關於三元催化的解釋: 三元催化，是指將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx最多含量的三種有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣的催化，所以才叫“三元”催化器。

三元催化器的載體部件是一塊多孔陶瓷材料，安裝在特製的排氣管當中。稱它是載體，是因為它本身並不參加催化反應，而是在上面覆蓋著一層鉑、銠、鈀等貴重金屬和稀土塗層。

是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外淨化裝置。三元催化技術是一個非常成熟的技術了，通過貴金屬來吸附碳氫化合物和一氧化碳將這兩類可燃性氣體燒掉。

同時通過貴金屬將少量氮癢化物還原成氧和氮，這就是它和我們柴油機常見的DOC的差別之處。DOC學名叫:氧化催化器，就是一個爐子，它可以將收集來的可燃性氣體通通燒掉，而對於氮氧化物卻沒有還原能力。

本文特約作者：天天向左002

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