潍柴国四柴油机SCR技术介绍
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SCR系统组成 系统组成
WP12.480国Ⅳ柴油机布置示意图 国
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素控制单元 系统尿素控制单元
尿素供给和控制单元
内部结构
• • • • • • •
接头 压力传感器 温度传感器 滤清器 4/2-向气门 冷却剂控制阀 振动膜片泵
总重约4kg， 总重约4kg，235×203×190[mm] 4kg × × 通过CAN线与ECU通讯， CAN线与ECU通讯 通过CAN线与ECU通讯，控制尿素的 喷射时间和喷射量 具有自动倒吸功能
欧洲 美国 日本 中国
2010 2007
1998 2004 2004 2005 2007 - 08 2008 - 10 ? Euro 3/2000 1998 1994 Euro 2/1995 2002 - 03
Euro 5/2008 Euro 4/2005
BSFC – g/kWh
220 210 200 190
SCR系统尿素箱加热电磁阀 系统尿素箱加热电磁阀
冷却液电磁阀
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR喷射系统安装要求 喷射系统安装要求
尿素箱、喷射单元、DCU相对位置 尿素箱、喷射单元、DCU相对位置
>0 >0
recommended
< 1.0 m
>0
< 1.0 m
AdBlue Tank
3%，考虑到AdBlue的消耗，其中AdBlue的成本为燃油的一半) AdBlue的消耗 AdBlue的成本为燃油的一半 (~ 3%，考虑到AdBlue的消耗，其中AdBlue的成本为燃油的一半
• • •
需要提供AdBlue（尿素） 需要提供AdBlue（尿素）的基础设施 AdBlue 再生：最低排气温度为200°C 再生： 200° 需要低硫燃油
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
WP10/WP12与奥地利 AVL公司联合开发 以蓝擎WP10/WP12柴油 机为基础 采用先进燃烧系统、电 控高压共轨燃油系统和 SCR排气后处理系统 满足国Ⅳ排放标准的重 型低排放车用柴油机
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
国Ⅳ柴油机技术路线
EGR +降低微粒（带 DPF） 降低微粒（ 降低微粒 ）
过滤区 催化区
入口端
壁流过滤器
微粒的转化 微粒的转化: 的转化 C + 2 NO2 CO2 + 2 NO 温度为 200 - 550 deg C 出口端 C + O2 CO2 温度 > 550 deg C
铂—氧化催化器 氧化催化器
尿素管路
尿素管是连接尿素罐、剂量喷射泵，喷嘴以供尿素在系统内部流动的管路 要求材质耐尿素腐蚀 管路长度越短越好，最长不要超过5m 需要一定的强度，避免因为抽吸产生的真空而被吸扁 系统有三条尿素管： 尿素进液管：从尿素罐到剂量喷射泵 尿素压力管：从剂量喷射泵到喷嘴 尿素冷却管：从喷嘴回到尿素罐
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
WP10国 WP10国Ⅳ柴油机型谱
型号 排量 [L] 缸径×行程 [mm] 额定功率 [kW] 额定转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m]
1150 1270 175 199 1900 1390 1500 WP10.240E40 WP10.270E40 WP10.300E40 WP10.336E40
SCR系统尿素加热管路 系统尿素加热管路
尿素加热管路
尿素箱加热： 尿素箱加热：
加热管路是用发动机的冷却液来加热尿素罐和尿素管路，从而解决冬天 尿素结冰、寒冷季节尿素温度低的问题。 加热管推荐使用纤维加强的三元乙丙橡胶管，内径14mm。
尿素管路加热： 尿素管路加热：
采用电加热方式
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
EGR +降低微粒（带 POC） 降低微粒（ 降低微粒 ）
Porous Section
机理和效用: 机理和效用
碳PM被在氧化催化器中形成的NO2 氧 PM被在氧化催化器中形成的NO 化 HC、可溶PM和CO在氧化催化器中 HC、可溶PM和
微粒在混合区的多孔质圆滑截面沉 积的原理
氧化
转化率 (ESC & ETC): 微粒: 微粒: 目标: 目标: 碳氢: 碳氢: 一氧化碳: 一氧化碳: ηPM ≈ 50%, ηPM ≈ 70% 进一步开发 ηHC ≈ 85% ηCO ≈ 90% 来源: 来源 Emitec GmbH and MAN
DCU
Supply module DNOX2
AdBlue quality sensor
AdBlue- tank
Filter
Temp.sensor AdBlue level sensor
Dosing control unit
OXI - cat
SCR- cat
Slip - cat
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
NO氧化成 2: 氧化成NO 氧化成 2 NO + O2 2 NO2
优势 挑战
• 高PM转化率 PM转化率 • 再生：最低排气温度为250°C 再生：最低排气温度为250 250° • 需要低硫燃油，以避免由于积灰而导致经常性维护 需要低硫燃油，
来源: 来源 Johnson Matthey
国Ⅳ柴油机技术路线
EGR+DPF
发动机本体变化较大， 发动机本体变化较大，需要较大的中冷器空 间 过滤体对燃油硫含量比较敏感 油耗比国Ⅲ机型略有升高 DPF为防止堵塞需要再生 为防止堵塞需要再生
不需要基础建设
• • • •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 国四柴油机介绍 潍柴 潍柴SCR技术介绍 技术介绍 潍柴
优势 挑战
• 不存在过滤器堵塞的风险，不需要主动再生 不Hale Waihona Puke Baidu在过滤器堵塞的风险， • 占用空间小 • 转化率低于DPF 转化率低于DPF • 需要较高的喷油压力 • 需要低硫燃油
9
国Ⅳ柴油机技术路线
选择性催化还原器 - SCR
Urea-SCR ECU Urea-water Tank Air NOx sensor
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统组成（博世） 系统组成（博世） 系统组成 SCR后处理系统组成 后处理系统组成 尿素供给和控制单元 尿素喷射单元 排气后处理管路 尿素存储单元 SCR箱 箱
Actuators Sensors EngineCAN DiagnosticCAN Temp.sensor AdBlue- DM Temp.sensor Exhaust gas sensor
•
重型柴油机排放法规
– 限制和燃油经济性 – 开发重点
• • •
国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 WP7/10/12 潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
重型柴油机排放法规
限制和燃油经济性
0.4
2000
微粒 – g/kWh
0.3 0.2 0.1 0 230
USA FTP
20 0 -20 -20 0 20 40
转速转速 %
60
80
100
120
重型柴油机排放法规
排放路线
From SAE 2003-01-3244
• •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线
– EGR+DPF – EGR+DOC/POC – SCR
• •
潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 WP7/10/12 潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
• • • •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 国四柴油机介绍 潍柴 潍柴SCR技术介绍 技术介绍 潍柴
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统的反应原理 系统的反应原理
尿素水解为氨气： 尿素水解为氨气： 要求温度200℃ 200℃以上 (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (要求温度200℃以上) SCR后处理反应： SCR后处理反应： 后处理反应 NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O 4NO + O2 + 4NH3 → 4N2 + 6H2O 2NO2 + O2 + 4NH3 → 3N2 + 6H2O
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素喷射单元 系统尿素喷射单元
尿素喷射单元
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素存储单元 系统尿素存储单元
尿素存储单元
型号：KRN-35 规格：200×560×588 容积：35L 组成：尿素箱、温度传感器、 液位传感器、加热装置 尿素：Ad-blue（32.5%尿素水 溶液，DIN700 70标准） 加尿素口 放水塞
国Ⅳ柴油机技术路线
SCR技术和DPF技术的比较 SCR技术和DPF技术的比较 技术和DPF
SCR 国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ可以采用相同的发动机 平台 催化剂对燃油硫含量不敏感 油耗比国Ⅲ机型可下降约 油耗比国Ⅲ机型可下降约5~7% 需要控制氨泄漏，以防造成二次污染 需要控制氨泄漏， 需要尿素加注站等基础建设 需要解决结晶问题
传感器
通气塞
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素箱 系统尿素箱
传感器
能够监测尿素溶液温度 能够通过发动机热水对尿素溶液加热 能够监测液位高度，满液位和零液位、空罐 时向DCU发出报警信号
4针插接件
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素管路和接头 系统尿素管路和接头
Trade-off with current technology (w/o EGR) for US 98 / EU 3 法规要求 (NOx) 市场需求
0
1
2
3
4
5
6
7
NOx – g/kWh
重型柴油机排放法规
开发重点
USA 120 100 80 Japan Europe
负荷 - %
60 40
Europe ETC Japan TC
9.73 126×130 221 247
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
WP7国 WP7国Ⅳ柴油机型谱
型号 排量 [L] 缸径×行程 [mm] 额定功率 [kW] 额定转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m]
800 850 155 177 2300 1000 1100 WP7.210E40 WP7.240E40 7.14 108×130 199 220 WP7.270E40 WP7.300E40
WP12国 WP12国Ⅳ柴油机型谱
型号 额定转速 [r/min] 额定功率 [kW] 最大扭矩 [N·m] 最大扭矩转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m] 发动机型式 最低燃油耗 [g/(kwh)] 排放 WP12.480E40 2100 353 1970 1200-1500 1970 1600 243 1600 1000-1400 2110 WP12.330E40 1900 338 2110 WP12.460E50
潍柴国四柴油机SCR技术介绍 潍柴国四柴油机SCR技术介绍 SCR
2011年12月21日 2011年12月21日
• • • •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 WP7/10/12 潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
直列、水冷、4冲程、增压中冷、电控共轨 198 198 国Ⅳ、国Ⅴ 195
1900r/min WP12国四柴油机共包括WP12.270E40、WP12.300E40、WP12.336E40、WP12.375E40、 WP12.400E40、WP12.430E40、WP12.460E40七个机型。
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
Supply Module
Dosing Module
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
CAN port
Air flow sensor
Temp. in Temp. out
Pump
Urea injection SCR catalyst
Intake air
Exhaust in
Exhaust out
国Ⅳ柴油机技术路线
选择性催化还原器 - SCR
优势 挑战
• 相比EGR＋降低微粒，具有更佳的燃油经济性 EGR＋降低微粒，
WP12.480国Ⅳ柴油机布置示意图 国
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素控制单元 系统尿素控制单元
尿素供给和控制单元
内部结构
• • • • • • •
接头 压力传感器 温度传感器 滤清器 4/2-向气门 冷却剂控制阀 振动膜片泵
总重约4kg， 总重约4kg，235×203×190[mm] 4kg × × 通过CAN线与ECU通讯， CAN线与ECU通讯 通过CAN线与ECU通讯，控制尿素的 喷射时间和喷射量 具有自动倒吸功能
欧洲 美国 日本 中国
2010 2007
1998 2004 2004 2005 2007 - 08 2008 - 10 ? Euro 3/2000 1998 1994 Euro 2/1995 2002 - 03
Euro 5/2008 Euro 4/2005
BSFC – g/kWh
220 210 200 190
SCR系统尿素箱加热电磁阀 系统尿素箱加热电磁阀
冷却液电磁阀
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR喷射系统安装要求 喷射系统安装要求
尿素箱、喷射单元、DCU相对位置 尿素箱、喷射单元、DCU相对位置
>0 >0
recommended
< 1.0 m
>0
< 1.0 m
AdBlue Tank
3%，考虑到AdBlue的消耗，其中AdBlue的成本为燃油的一半) AdBlue的消耗 AdBlue的成本为燃油的一半 (~ 3%，考虑到AdBlue的消耗，其中AdBlue的成本为燃油的一半
• • •
需要提供AdBlue（尿素） 需要提供AdBlue（尿素）的基础设施 AdBlue 再生：最低排气温度为200°C 再生： 200° 需要低硫燃油
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
WP10/WP12与奥地利 AVL公司联合开发 以蓝擎WP10/WP12柴油 机为基础 采用先进燃烧系统、电 控高压共轨燃油系统和 SCR排气后处理系统 满足国Ⅳ排放标准的重 型低排放车用柴油机
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
国Ⅳ柴油机技术路线
EGR +降低微粒（带 DPF） 降低微粒（ 降低微粒 ）
过滤区 催化区
入口端
壁流过滤器
微粒的转化 微粒的转化: 的转化 C + 2 NO2 CO2 + 2 NO 温度为 200 - 550 deg C 出口端 C + O2 CO2 温度 > 550 deg C
铂—氧化催化器 氧化催化器
尿素管路
尿素管是连接尿素罐、剂量喷射泵，喷嘴以供尿素在系统内部流动的管路 要求材质耐尿素腐蚀 管路长度越短越好，最长不要超过5m 需要一定的强度，避免因为抽吸产生的真空而被吸扁 系统有三条尿素管： 尿素进液管：从尿素罐到剂量喷射泵 尿素压力管：从剂量喷射泵到喷嘴 尿素冷却管：从喷嘴回到尿素罐
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
WP10国 WP10国Ⅳ柴油机型谱
型号 排量 [L] 缸径×行程 [mm] 额定功率 [kW] 额定转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m]
1150 1270 175 199 1900 1390 1500 WP10.240E40 WP10.270E40 WP10.300E40 WP10.336E40
SCR系统尿素加热管路 系统尿素加热管路
尿素加热管路
尿素箱加热： 尿素箱加热：
加热管路是用发动机的冷却液来加热尿素罐和尿素管路，从而解决冬天 尿素结冰、寒冷季节尿素温度低的问题。 加热管推荐使用纤维加强的三元乙丙橡胶管，内径14mm。
尿素管路加热： 尿素管路加热：
采用电加热方式
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
EGR +降低微粒（带 POC） 降低微粒（ 降低微粒 ）
Porous Section
机理和效用: 机理和效用
碳PM被在氧化催化器中形成的NO2 氧 PM被在氧化催化器中形成的NO 化 HC、可溶PM和CO在氧化催化器中 HC、可溶PM和
微粒在混合区的多孔质圆滑截面沉 积的原理
氧化
转化率 (ESC & ETC): 微粒: 微粒: 目标: 目标: 碳氢: 碳氢: 一氧化碳: 一氧化碳: ηPM ≈ 50%, ηPM ≈ 70% 进一步开发 ηHC ≈ 85% ηCO ≈ 90% 来源: 来源 Emitec GmbH and MAN
DCU
Supply module DNOX2
AdBlue quality sensor
AdBlue- tank
Filter
Temp.sensor AdBlue level sensor
Dosing control unit
OXI - cat
SCR- cat
Slip - cat
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
NO氧化成 2: 氧化成NO 氧化成 2 NO + O2 2 NO2
优势 挑战
• 高PM转化率 PM转化率 • 再生：最低排气温度为250°C 再生：最低排气温度为250 250° • 需要低硫燃油，以避免由于积灰而导致经常性维护 需要低硫燃油，
来源: 来源 Johnson Matthey
国Ⅳ柴油机技术路线
EGR+DPF
发动机本体变化较大， 发动机本体变化较大，需要较大的中冷器空 间 过滤体对燃油硫含量比较敏感 油耗比国Ⅲ机型略有升高 DPF为防止堵塞需要再生 为防止堵塞需要再生
不需要基础建设
• • • •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 国四柴油机介绍 潍柴 潍柴SCR技术介绍 技术介绍 潍柴
优势 挑战
• 不存在过滤器堵塞的风险，不需要主动再生 不Hale Waihona Puke Baidu在过滤器堵塞的风险， • 占用空间小 • 转化率低于DPF 转化率低于DPF • 需要较高的喷油压力 • 需要低硫燃油
9
国Ⅳ柴油机技术路线
选择性催化还原器 - SCR
Urea-SCR ECU Urea-water Tank Air NOx sensor
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统组成（博世） 系统组成（博世） 系统组成 SCR后处理系统组成 后处理系统组成 尿素供给和控制单元 尿素喷射单元 排气后处理管路 尿素存储单元 SCR箱 箱
Actuators Sensors EngineCAN DiagnosticCAN Temp.sensor AdBlue- DM Temp.sensor Exhaust gas sensor
•
重型柴油机排放法规
– 限制和燃油经济性 – 开发重点
• • •
国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 WP7/10/12 潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
重型柴油机排放法规
限制和燃油经济性
0.4
2000
微粒 – g/kWh
0.3 0.2 0.1 0 230
USA FTP
20 0 -20 -20 0 20 40
转速转速 %
60
80
100
120
重型柴油机排放法规
排放路线
From SAE 2003-01-3244
• •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线
– EGR+DPF – EGR+DOC/POC – SCR
• •
潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 WP7/10/12 潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
• • • •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 国四柴油机介绍 潍柴 潍柴SCR技术介绍 技术介绍 潍柴
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统的反应原理 系统的反应原理
尿素水解为氨气： 尿素水解为氨气： 要求温度200℃ 200℃以上 (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (要求温度200℃以上) SCR后处理反应： SCR后处理反应： 后处理反应 NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O 4NO + O2 + 4NH3 → 4N2 + 6H2O 2NO2 + O2 + 4NH3 → 3N2 + 6H2O
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素喷射单元 系统尿素喷射单元
尿素喷射单元
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素存储单元 系统尿素存储单元
尿素存储单元
型号：KRN-35 规格：200×560×588 容积：35L 组成：尿素箱、温度传感器、 液位传感器、加热装置 尿素：Ad-blue（32.5%尿素水 溶液，DIN700 70标准） 加尿素口 放水塞
国Ⅳ柴油机技术路线
SCR技术和DPF技术的比较 SCR技术和DPF技术的比较 技术和DPF
SCR 国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ可以采用相同的发动机 平台 催化剂对燃油硫含量不敏感 油耗比国Ⅲ机型可下降约 油耗比国Ⅲ机型可下降约5~7% 需要控制氨泄漏，以防造成二次污染 需要控制氨泄漏， 需要尿素加注站等基础建设 需要解决结晶问题
传感器
通气塞
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素箱 系统尿素箱
传感器
能够监测尿素溶液温度 能够通过发动机热水对尿素溶液加热 能够监测液位高度，满液位和零液位、空罐 时向DCU发出报警信号
4针插接件
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
SCR系统尿素管路和接头 系统尿素管路和接头
Trade-off with current technology (w/o EGR) for US 98 / EU 3 法规要求 (NOx) 市场需求
0
1
2
3
4
5
6
7
NOx – g/kWh
重型柴油机排放法规
开发重点
USA 120 100 80 Japan Europe
负荷 - %
60 40
Europe ETC Japan TC
9.73 126×130 221 247
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
WP7国 WP7国Ⅳ柴油机型谱
型号 排量 [L] 缸径×行程 [mm] 额定功率 [kW] 额定转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m]
800 850 155 177 2300 1000 1100 WP7.210E40 WP7.240E40 7.14 108×130 199 220 WP7.270E40 WP7.300E40
WP12国 WP12国Ⅳ柴油机型谱
型号 额定转速 [r/min] 额定功率 [kW] 最大扭矩 [N·m] 最大扭矩转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m] 发动机型式 最低燃油耗 [g/(kwh)] 排放 WP12.480E40 2100 353 1970 1200-1500 1970 1600 243 1600 1000-1400 2110 WP12.330E40 1900 338 2110 WP12.460E50
潍柴国四柴油机SCR技术介绍 潍柴国四柴油机SCR技术介绍 SCR
2011年12月21日 2011年12月21日
• • • •
重型柴油机排放法规 国Ⅳ柴油机技术路线 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 潍柴WP7/10/12国四柴油机介绍 WP7/10/12 潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
直列、水冷、4冲程、增压中冷、电控共轨 198 198 国Ⅳ、国Ⅴ 195
1900r/min WP12国四柴油机共包括WP12.270E40、WP12.300E40、WP12.336E40、WP12.375E40、 WP12.400E40、WP12.430E40、WP12.460E40七个机型。
潍柴WP10/WP12国 潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍 WP10/WP12
Supply Module
Dosing Module
潍柴SCR技术介绍 潍柴SCR技术介绍 SCR
CAN port
Air flow sensor
Temp. in Temp. out
Pump
Urea injection SCR catalyst
Intake air
Exhaust in
Exhaust out
国Ⅳ柴油机技术路线
选择性催化还原器 - SCR
优势 挑战
• 相比EGR＋降低微粒，具有更佳的燃油经济性 EGR＋降低微粒，