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氮氧傳感器成為機動車節能減排重要“推手” 2020-11-25 17:07:19  來源:

氮氧傳感器成為機動車節能減排的重要“推手” -----華智通董事長楊振宇訪談

“我國已成為世界機動車產銷第一大國,機動車尾氣污染是我國空氣污染的重要來源之一,我國每年需要近千萬個氮氧傳感器。”華智通董事長楊振宇接受媒體采訪時說,目前世界各個國家都在研究如何降低機動車尾氣污染。其中,車用氣體傳感器的應用為汽車尾氣處理帶來了新的變革,成為機動車節能減排的重要“推手”。

治理汽車排放的尾氣刻不容緩

“在許多城市,從前滿街自行車的景象已被擁堵的機動車流所取代,而這其中,大部分是國產的轎車、摩托車、卡車和巴士。中國的汽車年銷售量(不含摩托車和農用車)從1980年的25萬輛增長至2017年的3.1億輛。”楊振宇結合當前的行業形勢分析認為,根據中國《大氣污染防治法》的規定,中國已經實施了一系列逐步加嚴的機動車和燃料管理標準,配合相關監督及維修保養措施,劃定限行區,以求改善空氣質量。

有科學分析表明,汽車尾氣中含有上百種不同的化合物,其中的污染物有固體懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、鉛及硫氧化合物等。一輛轎車一年排出的有害廢氣比自身重量大3倍。

有專家分析認為,柴油機所產生的微粒(PM)和氮氧化物(NOx)是排放中兩種最主要的污染物。從目前降低汽車尾氣排放的技術途徑來看,要達到歐Ⅳ排放標準,一般不再從發動機本身的結構方面采取措施,通常是采取排氣后處理的方式來降低污染物的排放量,而尿素-SCR選擇性催化還原法是最具現實意義的方法,它能把發動機尾氣中的氮氧化物減少50%以上。

當前針對PM及NOx排放控制的柴油機排放后處理技術有兩種方法:一種是通過廢氣再循環(EGR)技術降低發動機缸內燃燒的NOx排放,然后用柴油機顆粒捕集器(DPF)控制PM。另一種是通過燃油高壓噴射技術降低發動機缸內燃燒的PM排放,然后用選擇催化還原技術(SCR,噴射車用尿素液,以中合NOx)控制NOx。SCR技術因為具有更高的燃油經濟性和良好的耐硫性能,被認為是最有優勢的技術路線,在歐洲已經得到了廣泛的應用,而SCR技術中必然會用到氮氧傳感器。

柴油機所產生的微粒(PM)和氮氧化物(NOx)是排放中兩種最主要的污染物。從目前降低汽車尾氣排放的技術途徑來看,要達到歐Ⅳ排放標準,一般不再從發動機本身的結構方面采取措施,通常是采取排氣后處理的方式來降低污染物的排放量,而尿素-SCR選擇性催化還原法是最具現實意義的方法,它能把發動機尾氣中的氮氧化物減少50%以上。

“華智通科技有限公司,是一個集科研、開發、生產于一體的高新技術企業。憑借多年累積的技術研發成果,瞄準國家級新技術領域的重大需求,華智通以具有自主知識產權的核心技術為基礎,匯聚和融合了國際領先水平的多層陶瓷等技術。”楊振宇接受媒體采訪時說在氮氧傳感、陶瓷芯片、漿料研究、控制軟件等需求定制、系統集成等多個層次上提供最優的技術產品和解決方案,已成為中國環境安全體系建設的重要參與者。

氮氧傳感器是檢測尾氣排放的“銳利武器”

“氮氧傳感器是一種由固體電解質陶瓷及氮氧化物敏感電極材料,利用半導體技術制備的傳感器,通過精密控制檢測氮氧化物的電極表面的納米復合結構,實現了極高的氮氧化物分子選擇性。通過適當電極顯微結構、提高了傳感器對氮氧氣體敏感性。氮氧傳感器是實現柴油車國IV排放標準,以及國V排放標準的關鍵傳感器之一。”楊振宇告訴媒體說,氣體傳感器作為汽車電子控制系統的信息源,是機動車尾氣后處理系統中的關鍵零部件,決定了汽車排放物的控制水平。

氮氧傳感器由傳感器探頭和電控單元組成,二者之間通過一個線束連接,可測量尾氣中氮氧化物的濃度、氧氣的濃度。它可用于柴油發動機的SCR系統中實現氮氧化物的閉環控制,或汽油和柴油發動機的車載診斷(OBD)中。

傳感器的探頭是將氧敏陶瓷材料制成的陶瓷芯片裝配在金屬外殼中。實際應用時,探頭被安裝在汽車的尾氣管道中,陶瓷芯片會將尾氣中的濃度值以電壓的形式反饋到電控單元中。電控單元控制傳感器探頭的加熱溫度,并經過一系列信號調理,最后確定泵中氮氧化物濃度。電控單元通過CAN總線通訊,將測量氣體的數值實時發送給汽車總控制中心(ECU),為SCR噴射量提供依據,以減少氮氧化物的排放。

一輛輛汽車走下流水線,加入到城市交通;一座座火電廠建設發電,對本已不堪重負的空氣造成更多污染。隨著工業企業逐漸搬離各大城市,交通領域成為氮氧化合物、細微顆粒物(PM2.5)、灰霾、煙霧和其它嚴重空氣質量問題的主要源頭之一。

“氮氧傳感器作為汽車尾氣后處理SCR系統的核心零部件,其開發及產業化是進一步落實機動車國Ⅵ及非道路機械國Ⅳ排放標準能夠順利實施的重要技術保障。”楊振宇分析認為,氮氧傳感器屬于我國《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》中戰略性新興產業(智能傳感器)發展的重點領域。對做強做大汽車配套產業鏈,補齊汽車零部件國產化配套短板,實現對國外進口產品的“強替代”提供了有力支撐。

氮氧傳感器市場產值超百億元

“在當前我國大力支持環境保護、機動車污染治理及機動車國六排放標準的產業環境和政策背景下,對汽車節能環保、降低排放污染、提高使用效率等方面也提出了更高的要求,整個汽車行業對氣體傳感器的需求將會不斷增多。”楊振宇結合當前的市場情況分析認為,目前在新車車用氮氧傳感器市場領域,將至少需要320萬個氮氧傳感器,在舊車改造售后市場,將需要約560萬個氮氧傳感器,我國每年需要近千萬個氮氧傳感器。我國將實施國Ⅵ排放標準,屆時每輛柴油車將安裝2個氮氧傳感器,我國年均將至少需要1700萬個氮氧傳感器,這將是一個超百億元的國內市場。

根據相關要求,屆時執行國Ⅳ排放標準的非道路移動機械用柴油機將安裝2個氮氧傳感器,每年需求300~500萬個。在非道路移動領域,我國年平均有200萬臺柴油機用于非道路移動領域,針對非道路移動機械的國Ⅲ排放標準已于2017年在全國實施,國Ⅳ排放標準建議實施日期為2019年。在船舶動力市場,船用柴油機是民用船舶、中小型艦艇和常規潛艇的主要動力,其有害排放物的含量卻比汽車柴油機更甚,在排放標準不斷提高的情況下,氮氧傳感器的需求也必將增大。

在發電機組市場,2017年我國發電裝機容量達17.8億千瓦,同比增長7.6%,其中60%以上依然采用燃煤機組,廢氣的排放量巨大,對此我國生態環境部門要求發電廠必須安裝脫硝系統。據預測,至少有2億千瓦的機組容量需要建設脫硝系統,這將帶來SCR脫硝技術的廣泛應用,氮氧傳感器的需求量也會隨之增加。

“在國家大力支持環境保護、機動車污染治理及機動車國Ⅵ排放標準的產業環境下,在大力發展戰略性新興產業的政策背景下,氮氧傳感器的市場潛力巨大,針對氮氧傳感器的產業化勢在必行。”楊振宇接受媒體采訪時說,作為以目標導向性研究為主要任務的華智通科技有限公司,它將瞄準新材料、新技術發展前沿,面向國民經濟發展和工業現代化的重大需求,以高性能金屬結構與功能材料為主要研究對象,打造一支在國際新材料技術領域具有重要影響的技術創新隊伍,達到提高研究水平,擴大學術影響,增加經濟效益。

我國是世界上中重型商用車保有量和產量最大的國家。研究開發選擇性還原柴油機后處理系統不僅可有效控制柴油機尾氣排放,同時還可降低柴油機機內凈化的難度,提高燃油經濟性3%至5%,因此,開展車用氮氧傳感器及催化凈化排氣后處理系統的研究開發,建立車用柴油機后處理系統的生產基地,為我國執行嚴格的排放法規(國IV以上排放標準)提供先進的后處理裝置,對我國實現節能減排的目標具有非常積極的社會意義。

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