徐 鵬
(西安西沃客車有限公司,陜西 西安 710089)
SCR技術原理探討
徐 鵬
(西安西沃客車有限公司,陜西 西安 710089)
文章介紹車輛排放后處理系統(tǒng)--SCR(發(fā)動機排氣催化凈化技術)技術發(fā)展必要性及SCR技術原理。本篇文章是對SCR的一個基本介紹,SCR系統(tǒng)會隨著車輛及發(fā)動機在硬、軟件上配置的變化而發(fā)生改變。
汽車排放;SCR;歐IV
CLC NO.: U472.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-143-03
空氣污染是導致個人健康及全球環(huán)境問題的主要因素,污染物的排放是由于燃燒生物、化石燃料而產生的,其主要來源于工廠、車輛和家庭。汽車尾氣排放已成為城市大氣的重要污染源,為了保護人類賴以生存的環(huán)境及維護人類健康,各國紛紛出臺了各種環(huán)保法規(guī)。
排放在多數國家都有很高的要求。當前,美國、日本和歐盟主導著排放法規(guī)的制定,其他國家也緊跟隨著。其中歐盟的法規(guī),在很多的地區(qū)被廣泛地采納、應用著。在2000年,歐共體最嚴厲的車輛排放水平標準--EEV(環(huán)境友好型車輛)這一非官方的標準被制定。EEV排放標準將低于目前歐洲生產標準,ESC和ETC中確認的歐V排放水平。EEV車輛將使用清潔的柴油、壓縮天然氣、液化石油氣、氫燃料的內燃機車、混合動力車,電車,氫燃料電池車。2005年12 月21日,布魯塞爾,“歐共體制定了新的規(guī)范目標,目的是為環(huán)保車創(chuàng)造市場,并在運輸領域有效降低排放”。EEV的排放水平在歐V至歐VI之間。相比較歐V法規(guī),EEV排放法規(guī)的碳氫化合物下降45%,一氧化碳下降25%,煙度值下降70%。
2.1發(fā)動機硬件發(fā)展
氣缸套—提高表面的光滑度,使盡量少的潤滑油留在燃燒室里。活塞環(huán)—提升公差等級及表面質量,以此控制活塞潤滑情況。噴油嘴—更高的燃油噴射壓力,提升燃燒效率,減少排放顆粒物的產生。渦輪增壓—電控排氣閥門或可變截面渦輪(VGT),使得燃燒效率更高。
2.2 提高燃油品質
2.3 SCR 或EGR
A 低氮氧化合物排放發(fā)動機(通過使用EGR系統(tǒng),減少氮氧化合物的形成)
(1)TFF 徑流式過濾器
(2)CDPF 催化柴油顆粒過濾器(壁流式)
B 低顆粒排放發(fā)動機(通過使用SCR系統(tǒng),降低煙灰和機油消耗量)
(3)SCR(通過氨氣(NH3)進行選擇性催化還原)
(4)尿素
(5)發(fā)動機
2.4 EGR的好處—高的可靠性
ERG技術主要是將廢氣冷卻再循環(huán)進入發(fā)動機中。被循環(huán)的惰性廢氣將混合到新鮮的進氣空氣中,以達到降低進氣的含氧量,同時也可吸收燃燒熱量以降低點火的溫度。這也意味著可降低氮氧化物的排放。
2.5 SCR的優(yōu)勢—更少的燃油消耗
SCR技術是達到歐IV排放要求的一個有效地好方法。SCR技術不會對發(fā)動機輸出馬力產生任何地影響。同樣,SCR也是一個降低燃油消耗的技術解決方案,可適用于達到歐IV和歐V排放要求的車輛。
車輛使用SCR(選擇性催化還原技術)接觸式廢氣凈化,以此來滿足歐IV,歐V和EEV(環(huán)境友好型車輛)的排放標準。與原先的歐III相比,歐IV排放要求氮氧化合物的排放下降30%,顆粒物的排放下降80%。在柴油發(fā)動機使用SCR技術后,其燃燒效率可保持不變,但可以降低氮氧化物和顆粒物的排放。SCR技術中對廢氣的處理的關鍵是使用尿素。在廢氣通過凈化器之前,使之與尿素相混合。這樣混合后的氣體,自然地會將氮氧化物轉換成氮氣和水蒸汽。為了使發(fā)動機更有效地燃燒,ECU將根據車輛瞬間載荷和發(fā)動機轉速來確定尿素的噴射量。
SCR廢氣凈化處理裝置是一簡單系統(tǒng),有幾個部分組成,如圖:
尿素將被先霧化,后噴射進排氣管中,使其與廢氣在SCR凈化器中充分混合。噴射的量由EMS系統(tǒng)精確控制,以保證在各種運行工況下都可以達到最佳減少排放的效果。排氣系統(tǒng)中的熱量,將使的尿素轉換成氨水和二氧化碳。氨水是凈化過程中的有效物質和關鍵因素,在催化還原轉化器中,它將使氮氧化物轉為無害的氮與水蒸汽。當反應溫度高于200℃時,這一催化化學反應才能順利地進行。
4.1 尿素罐
尿素罐是塑料制品,有多種尺寸與規(guī)格。由于系統(tǒng)內存在壓力變化,因此在容器上有一個壓力平衡通風口。在容器的背面有一個液位和溫度傳感器。在尿素罐底部有一個排放口,可以用來排除多余的尿素,例如:清洗尿素罐。
4.2 泵單元
尿素泵是尿素液力運動的動力所在,當DCU發(fā)出正常工作狀態(tài)指令時,尿素泵從尿素箱中吸取一定量的尿素,同時使尿素管等尿素液路內充滿穩(wěn)定壓力。當柴油機停止時,DCU發(fā)出結束工作指令,尿素泵需把尿素液路內的尿素回抽至尿素箱內,確保尿素管路特別是尿素噴嘴保持清潔。 尿素泵自帶電加熱功能,當環(huán)境溫度較低時確保泵體內尿素不結冰。尿素泵上有四個連接口,分別是尿素液路的進回尿素口和去噴嘴的壓力管尿素輸出口以及SCR系統(tǒng)線束接插口。
4.3 尿素噴嘴(計量控制器)噴嘴是在DCU的控制下降尿素按照需要的量程霧狀噴射到排氣管中。噴嘴的主體是一個電磁閥,周圍包圍著尿素流道,起冷卻作用。噴嘴需要使用發(fā)動機冷卻液進行冷卻,冷卻水從發(fā)動機引出,采用專用的快插式噴嘴冷卻水管,連接至上圖所示接頭,再回到發(fā)動機。
4.4 SCR催化排氣凈化器
SCR排氣凈化器被集成在消音器中。凈化器內部是一個,表面有許多小的通道并涂有活性物質的陶瓷結構。霧化后的尿素被噴射到排氣管后,進入消聲器和熱的廢氣相混合。熱廢氣將尿素溶液迅速地分解成氨水和二氧化碳。當廢氣通過SCR凈化器時,氨水和氮氧化物在凈化器內加速反應,產生無害的氮氣和水蒸汽。在凈化器內的最后部分,會有一層涂有白金的涂層,那是用來處理多余未反應的氨水,使得排出的尾氣沒有氨水味。
4.5 尿素
尿素從上世紀70年代起開始,就已用于降低供暖設備和發(fā)電站產生氮氧化物的排放。尿素在加熱后會變成氨水和二氧化碳。氨水在和廢氣混合后,將氮氧化物轉為無害的氮氣和水蒸汽。只有國家認可的尿素才可用于SCR排氣后處理系統(tǒng)。尿素溶液中有32.5%的尿素和67.5%的去離子水。它是一種無色透明的液體,具有輕微的氨水味。
4.6 氮氧化物傳感器
氮氧化物傳感器被設置在催化還原排氣凈化器之后。傳感器將氮氧化物濃度轉為數字信號寫入一個模塊,并通過模塊上傳至CAN總線通過OBD輸出信號。
4.7 OBD
OBD指排放控制用車載診斷系統(tǒng),它具有識別可能導致排放超標的故障區(qū)域的功能,并以故障代碼的方式將該信息儲存在電控單元存儲器內,同時點亮故障指示燈。
在過去的十年里,OECD(經濟合作與發(fā)展組織)國家的廢氣排放已有明顯下降,并且在未來十年將有進一步的下降。在其他地區(qū)廢氣排放已經受到社會各界的關注,并已開始提高廢氣排放要求。正是由于日益嚴格的排放法規(guī)才使新一代的車輛在其研發(fā)、設計中,考慮到采取不同的技術措施降低氮氧化物排放要求,降低微粒的產生,促使了排氣后處理技術的的發(fā)展。
[1] 西沃客車售后服務部,SCR EURO 5,第二屆BKT培訓學生手冊[內部資料],2012年3月.
[2] 西沃客車售后服務部,SCR 歐IV ,B7R技術培訓手冊[內部資料],2012年7月.
Explore the principle of SCR technology
Xu Peng
(Xi'an SilverBus Co., Shaanxi Xi'an 710089)
This paper introduces the vehicle emission treatment system --SCR (engine exhaust catalytic technology) technology and necessity. This article is a basic introduction to the SCR, SCR systems will change with the vehicles and engines in the hardware and software configuration and change.
Vehicle emissions;SCR;Europe IV
U472.7
A
1671-7988(2015)01-143-03
徐鵬,就職于西安西沃客車有限公司。