柴油國(guó)四發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)

國(guó)四柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放概述

國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家第四階段機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，汽車提排放污染物主要有HC（碳?xì)浠衔?、MPX（氮氧化合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0NOxEmissions[g/kWh]PMEmissions[g/kWh]FuelconsumptionEuroⅤEuroⅡEuroⅣEuroⅢ3DPF2POCTradeoffbetweenPM，NOx，BSFC1.SCR標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)更好的催化轉(zhuǎn)化器的活性層、二次空氣噴射以及帶有冷卻裝置的排氣再循環(huán)系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用，控制和減少汽車排放污染物到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值以下。對(duì)已經(jīng)通過(guò)電控達(dá)到歐III排放的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，達(dá)到歐IV排放主要有兩條技術(shù)路線：

1、SCR技術(shù)：SCR噴射+SCR后處理器

2、EGR技術(shù)：EGR+微粒捕捉器技術(shù)路線

技術(shù)路線先給大家簡(jiǎn)單介紹一下兩者的原理吧。由于NOX和PM是可以產(chǎn)生互逆反應(yīng)，在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)換，EGR和SCR兩者之間也可以從它們處理這兩種物質(zhì)的方法上看出區(qū)別來(lái)。EGR的工作原理是讓一少部分廢氣經(jīng)EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，將一部分廢氣與進(jìn)管中的新鮮空氣混合后進(jìn)入汽缸燃燒，廢氣的CO2可以增加混合氣的熱容量，降低燃燒時(shí)的最高溫度，抑制NOX的生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量，同時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生的PM（固體微粒）則通過(guò)PCO（微粒蒱集器）過(guò)濾掉。1、SCR與EGR原理不同SCR相比EGR采用廢氣減少NOX產(chǎn)生的環(huán)境，SCR則更多的把功夫做在后頭首先通過(guò)調(diào)整噴射軟件及其它措施，在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)讓其充分燃燒，使本機(jī)PM排放達(dá)到國(guó)四。對(duì)于產(chǎn)生的NOX，在車輛的排氣系統(tǒng)中加上一套電控尿素噴射系統(tǒng)，通過(guò)“選擇性催化還原”過(guò)程，將廢氣中的NOX轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退懦鲕囃狻?/p>

技術(shù)路線1、SCR與EGR原理不同2、SCR與EGR結(jié)構(gòu)不同SCR技術(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)更加簡(jiǎn)單，只需在發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上建立，一套尿素還原劑的系統(tǒng)，并且需要定期添加尿素水溶液。相比之下，EGR發(fā)動(dòng)機(jī)則少了這方面的麻煩，不需要添加任何東西不過(guò)，EGR發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度對(duì)于燃燒的排放物影響較大，為了保證正常的EGR溫度，在長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)能囕v上必須裝配大流量、高效的冷卻系統(tǒng)，這對(duì)于中國(guó)目前平頭載重車駕駛室設(shè)計(jì)來(lái)講，也是個(gè)嚴(yán)重的考驗(yàn)。技術(shù)路線2.2DPF（DieselParticulateFilter）壁流式顆粒捕集器降低微粒排放19147-2009柴油標(biāo)準(zhǔn)微粒效率高：>90%，美國(guó)、日本使用廣泛DPF技術(shù)對(duì)燃油中硫含量、潤(rùn)滑油中的添加劑成份敏感，需要應(yīng)用符合標(biāo)準(zhǔn)的燃油和潤(rùn)滑油；DPF需要定期維護(hù)，清理灰分，OEM需要建立相應(yīng)能力；

GB19147-2009自2010年1月1日開始執(zhí)行，過(guò)渡期到2011年6月30日。在國(guó)Ⅳ階段發(fā)動(dòng)機(jī)及后處理系統(tǒng)須適應(yīng)硫含量350ppm柴油?；诂F(xiàn)有燃油標(biāo)準(zhǔn)、潤(rùn)滑油條件和DPF缺少維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，目前不適合使用DPF技術(shù)技術(shù)路線3、后處理系統(tǒng)構(gòu)成2.5后處理系統(tǒng)構(gòu)成+=陶瓷載體+涂層（SCR）封裝總成金屬載體+涂層（POC）封裝材料必須用不銹鋼以防止尿素或硫酸腐蝕技術(shù)路線3、后處理系統(tǒng)構(gòu)成2.8POC（ParticleOxidationCatalyst）部分捕集顆粒過(guò)濾器降低微粒排放不會(huì)堵塞效率：40-50%在排氣溫度適合（240℃以上）時(shí)發(fā)生被動(dòng)再生起車和加速時(shí)有黑煙冒出技術(shù)路線3、后處理系統(tǒng)構(gòu)成在SCR系統(tǒng)中，最重要的就是還原劑—尿素溶液了。有人問(wèn)這個(gè)尿素溶液液是不是可以用常見(jiàn)的尿素化肥兌水就可以用呢，這是決對(duì)不可以的，SCR用的尿素溶液是在尿素化肥這種原料基礎(chǔ)上提純后形成的，呈淡藍(lán)色液態(tài)，在加用這種溶液時(shí)也叫添藍(lán)，其實(shí)這和溶液叫柴油機(jī)排放處理液。溶液濃度為32.5%，不可加水或其它液體，否則會(huì)改變比重和性能。尿素的消耗量比較低，滿足歐四標(biāo)準(zhǔn)的消耗量大約是燃油消耗量的3.5%，滿意足歐五標(biāo)準(zhǔn)大約是燃油消耗量的5%當(dāng)尿素罐內(nèi)沒(méi)有尿素后，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放就不會(huì)達(dá)標(biāo)，車輛的自動(dòng)診斷系統(tǒng)也會(huì)報(bào)警，提西醒司機(jī)及時(shí)添加。技術(shù)路線4、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處理液SCR噴射系統(tǒng)是將尿素溶液噴射到尾管中，在尾管高溫氣體作用下，把尿素與水分解為NH3,然后NH3與NO在催化器中的催化劑作用下，發(fā)生反就生成N2和H2O。尿素水解：(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2

NOX還原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

NH3氧化：4NH3+302→2N2+6H2O將氮氧化物轉(zhuǎn)成氮分子的過(guò)程需要對(duì)氨噴射量和噴射位置進(jìn)行控制，因?yàn)榘钡臄?shù)量取決于當(dāng)前氮氧化物的數(shù)量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況。如果噴射的氨的數(shù)量過(guò)多，將穿過(guò)催化器直接進(jìn)入大氣中。因此需要安裝一個(gè)反饋裝置監(jiān)控（NOX傳感器）氨不要多，控制尿素的噴入量。同時(shí)進(jìn)、出口溫度傳出有輔助作用。定量噴射控制SCR控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，NOX傳感器、催化器進(jìn)口溫度及出口溫度的變化按照添藍(lán)噴射策略(催化器溫度窗口，穩(wěn)態(tài)噴射量，添藍(lán)密度修正，催化器儲(chǔ)氨修正）以精確控制噴量向排氣管噴射。技術(shù)路線5、減少NOX方法2.4尿素系統(tǒng)構(gòu)成尿素液箱控制信號(hào)排氣溫度信號(hào)NOx信號(hào)尿素液噴嘴尿素液溫度信號(hào)尿素液位信號(hào)后處理器控制信號(hào)尿素液供給及加熱管路尿素液供給及加熱管路尿素液回流及加熱管路ECU尿素液泵噴嘴冷卻管路SCR系統(tǒng)組成及作用作用：是用SCR系統(tǒng)降低NOX和PM值排放的方法來(lái)滿足國(guó)四排放法規(guī)對(duì)碳煙和NOX的限制。組成：空氣供部分、尿素液箱、尿素液供給、后處理器、管理模塊SCR噴射系統(tǒng)一、空氣供部分空氣供給部分的作用是：在SCR噴射系統(tǒng)噴射時(shí)，為了使噴入尾管中的尿素溶液更好的霧化及達(dá)到更遠(yuǎn)的噴射距離。組成：車輛儲(chǔ)氣罐、壓縮空氣濾清器、壓縮空氣電磁閥、主要參數(shù)供給電壓24V

氣體壓力為6～10bar

最低壓力不能小于4bar加料口大氣壓縮空氣空氣電磁閥工作原理1、尿素液位和溫度傳感器等集成組合件。2、空氣換氣閥。3、罐體4、放液螺栓。5、密封墊。6、加尿素口。7、密封墊。8、加尿素口罩。9、尿素箱蓋。在尿素箱的頂部有一個(gè)集成組件有：1、尿素液位傳感器、2溫度傳感器：3加熱進(jìn)水管接口：4加熱出水管接口：5尿素出液管接口：6尿素回液管接口。用來(lái)檢測(cè)尿素的液位和溫度。液位傳感器作用：用來(lái)檢沒(méi)尿素的液面高度。液位傳感器參數(shù)：輸入電壓：5V上拉電阻：2.1KΩ液位變化：0%~100%電壓變化：0.5V~4.5V在低溫（-11℃）的情況下，尿素水溶液會(huì)結(jié)冰，為了保在較低環(huán)境溫度條件下SCR系統(tǒng)的正常工作，防止尿素溶液凍結(jié)，因此需要通過(guò)加熱措施來(lái)解決。當(dāng)車輛在低溫環(huán)境運(yùn)行時(shí)，若尿素箱溫度傳感器測(cè)得溫度低于規(guī)定值（一般設(shè)定為0℃），發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元就會(huì)發(fā)出指令開啟發(fā)動(dòng)機(jī)通往尿素箱的冷卻液管路控制電磁閥，利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液給尿素箱加熱，防止尿素溶液凍結(jié)或解凍已凍結(jié)的尿素溶液保證后處理系統(tǒng)正常工作。當(dāng)尿素溶液溫度上升到規(guī)定值（一般設(shè)定為7℃左右）時(shí)則斷開控制電磁閥，防止尿素溶液過(guò)熱，尿素箱溫度傳感器的作用就是實(shí)時(shí)反尿素溶液溫度，以確認(rèn)加熱器是否在正常工作，保SCR系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及車輛行駛安全。量程：-40～125℃工作溫度范圍：-40~125℃工作精度：±1℃電壓：5V進(jìn)氣口上游溫度傳感器安裝支座NOx傳感器安裝支座下游溫度傳感器安裝支座出氣口SCR噴射系統(tǒng)是將尿素溶液噴射到尾管中，在尾管高溫氣體作用下，把尿素與水分解為NH3,然后NH3與NO在在俯化器中在催化劑作用下，發(fā)生反就生成N2和H2O。將氮氧化物轉(zhuǎn)成氮分子的過(guò)程需要對(duì)氨噴射量和噴射位置進(jìn)行控制，因?yàn)榘钡臄?shù)量取決于當(dāng)前氮氧化物的數(shù)量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況。如果噴射的氨的數(shù)量過(guò)多，將穿過(guò)催化器直接進(jìn)入大氣中。因此需要安裝一個(gè)反饋裝置監(jiān)控（NOX傳感器）氨不要多，控制尿素的噴入量。同時(shí)進(jìn)、出口溫度傳出有輔助作用。1、4NOx傳感器NOx傳感器總成包括傳感器及NOx傳感器控制器兩部分，見(jiàn)如下示意圖，線纜長(zhǎng)度越700mm。傳感器部分使用螺柱直接安裝在排氣管支座上。NOx傳感器控制器部分需要使用2個(gè)￠8的螺栓將其固定在整車上。NOx傳感器控制器的安裝要求：NOx傳感器控制器要求防水防塵，且應(yīng)避開整車電瓶，以防止干擾！NOx傳感器控制器不能帶電焊接，不要用手觸摸其插接器端子，防止有靜電，防止其內(nèi)部元件的損壞。輸入：一個(gè)陶瓷NOX傳感器工作溫度：800℃最高工作排氣溫度：900℃100h量程：NOX0~3000PPm精度：±300PPm響應(yīng)時(shí)間：小于700秒CAN：高速CAN通訊配置：通過(guò)CAN總線和組態(tài)軟件模塊工作溫度-55~125℃電源：輸入11~28V電壓NOX工作參數(shù)1、5排溫傳感器排溫傳感器的測(cè)溫部分是鎧裝的PT200的薄膜鉑熱電阻元件。排溫傳感器檢測(cè)進(jìn)入催化器的排氣溫度。1、1DCUDCU控制整個(gè)后處理系統(tǒng)的工作，包括傳感器信號(hào)的處理，尿素噴射量的計(jì)算和各種執(zhí)行器的控制。DCU通過(guò)CAN總線與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通訊，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，再加上催化器溫度信號(hào)，計(jì)算出尿素噴射量，控制噴嘴噴射適量的尿素到排氣管內(nèi)。噴嘴安裝在排氣管上，噴嘴的作用是按照DCU的命令，計(jì)量并噴射尿素到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)。后處理控制器(DCU)工作溫度：-40℃~85℃

工作電壓：24VDC（電壓范圍：18~32VDC)防護(hù)等級(jí)：IP67靜電功耗：0.6W正常功耗：0.8W（冷卻液電磁閥未動(dòng)作時(shí)）

1.8W（冷支液電磁閥動(dòng)人時(shí)）尿素泵是尿素噴射系統(tǒng)的動(dòng)力元件。柴油機(jī)正常工作時(shí)，尿素泵把尿素從尿素箱中吸出，持續(xù)穩(wěn)定的尿素壓力。當(dāng)柴油機(jī)停止，不需使用尿素時(shí)，尿素泵可以把尿素管以及噴嘴中的尿素回抽至尿素箱中，清空尿素管，防止尿素在噴嘴和尿素管中結(jié)冰。

為了利于在柴油機(jī)停機(jī)后的尿素回流并防止因虹吸而造成尿素滯留于噴嘴處，尿素液力系統(tǒng)部件最佳布置方案是由高到低分別為尿素噴嘴、尿素泵、尿素箱。尿素管路及所有的尿素管、加熱型尿素管路都必須每隔20cm有個(gè)固定綁扎點(diǎn)，牢固綁扎在整車車架上進(jìn)行支撐，否則管路的振動(dòng)與自重會(huì)導(dǎo)致噴嘴或泵的接頭斷裂的情況，后果比較嚴(yán)重！

尿素泵是尿素噴射系統(tǒng)的動(dòng)力元件。柴油機(jī)正常工作時(shí)，尿素泵把尿素從尿素箱中吸出，持續(xù)穩(wěn)定的尿素壓力。當(dāng)柴油機(jī)停止，不需使用尿素時(shí)，尿素泵可以把尿素管以及噴嘴中的尿素回抽至尿素箱中，清空尿素管，防止尿素在噴嘴和尿素管中結(jié)冰。

1、6尿素泵加料裝置本質(zhì)上是一個(gè)智能泵，在發(fā)動(dòng)機(jī)ECM的控制將尿素加料到噴射器噴嘴上進(jìn)行噴射。1、尿素加料泵按照發(fā)動(dòng)機(jī)ECM發(fā)出的