國五柴油發動機SCR系統的應用及保養

張珠讓

摘 要：國五柴油機SCR系統是目前我國實現柴油發動機國五排放標準使用最為廣泛和成熟的技術，采用提高排氣溫度增加廢氣中氮氧化物，然后噴入適量尿素溶液在催化劑作用下，使氮氧化物生成氮氣和水排出，達到控制排放的目的。正確使用和維護SCR系統是提高車輛運行效率的前提，是排放達標、保護環境的重要保證。

關鍵詞：國五柴油發動機；SCR技術；排放；保養

中圖分類號：TK428 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.020

隨著我國機動車擁有量的逐年增加，機動車發動機排放對環境的污染也越來越嚴重。其中柴油機排放物包括顆粒（PM）、氮氧化物（NOx）、硫化物（SOx）、一氧化氮（CO）、氮氫化合物（HC）、二氧化碳（CO2）等。顆粒（PM）是霧霾的誘因之一，而氮氧化物、硫化物、一氧化氮和氮氫化合物都屬有毒氣體，二氧化碳本身無毒但卻是引起“溫室效應”的主要成分。因此國家發改委和環保部要求自2018年1月1日起全國所有制造、進口、銷售和注冊登記的柴油車，須符合國五標準要求，宣告著國五時代的全面到來。國五排放標準是基于歐五排放標準制定的，但其中有些標準值限制比歐五排放標準要更加嚴格。

1 國五柴油發動機SCR系統介紹

為了滿足日趨嚴格的排放標準，又能降低柴油機的油耗，世界各國主要從提升燃油品質、采用柴油機機內凈化技術、采用排氣后處理技術等三個方面進行柴油機排放技術的改造升級。提升燃油品質技術包括降低柴油中的硫含量、膠質含量；控制多環芳烴含量、十六烷值；提高潤滑性能、添加劑的使用等，來降低顆粒等的排放。機內凈化技術包括電控高壓燃油噴射技術、增壓中冷技術、廢氣再循環（EGR）技術等以減少NOx和PM等的產生。這是國三（歐三）、國四（歐四）階段采取的主要措施。而進入國五階段后，除了綜合采用以上技術外，還必須采用排氣后處理技術。目前歐美國家實現滿足歐五排放的排氣后處理技術主要有兩條技術路線：一種是SCR（選擇性催化還原）技術，通過機內凈化PM，機外催化還原；另一種是EGR（廢氣再循環）+DPF（微粒捕集器）+DOC（氧化催化轉換器）技術，通過機內凈化降低NOx，機外通過微粒捕捉器過濾PM。

目前我國實現柴油發動機國五排放標準使用最為廣泛和成熟的技術是SCR技術，即ECU通過柴油機的轉速以及燃油噴射量計算出NOx的排放濃度，采集SCR催化器的溫度對NOx的轉化率進行估算，得到需要的尿素噴射量，通過優化噴油和燃燒過程，控制顆粒的產生，使燃燒溫度升高，從而增加NOx的產生，再添加尿素來還原NOx來實現，其系統布置如圖所示。

采取SCR技術路線的發動機在燃燒的過程中，通過技術手段使柴油充分燃燒從而達到有效控制PM排放量的目標，而NOx則需要在排氣的過程中將其還原為氮氣（N2）和水（H2O），這一過程的還原劑就是車用尿素溶液。尾氣從渦輪增壓器出來后進入排氣管，排氣管上安裝有尿素計量噴射裝置，在溫度達到300～500 ℃時噴入尿素溶液，在催化劑的作用下尿素（NH2CONH2）水解產生NH3和CO2 ，NH3與NOx反應，生成氮氣和水排出。

車用尿素溶液在催化還原反應中的控制是非常精細化的一個過程，尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配，尿素的噴入量過少，則達不到應有的處理水平，尿素的噴入量過多，則會使多余的氨氣排入大氣，導致新的污染。

目前使用的車用尿素溶液一般由32.5%高純尿素和67.5%的去離子水組成。尿素的濃度直接影響氮氧化物的還原率和尿素溶液的結晶點。過高或過低的濃度不僅不能提高氮氧化物的轉化效率，反而會造成氨氣的剩余，形成二次污染。

2 國五柴油發動機SCR系統的保養

除對燃油和機械部分正確保養外，正確使用和保養SCR系統也是國五柴油發動機區別于國三、國四發動機的主要維護保養措施。使用和保養措施包括：

（1）保證罐內儲存足夠的尿素溶液。行車期間通過儀表觀察罐內尿素溶液應保證在20%以上，以免行車過程中尿素溶液不足導致發動機熄火（為保證SCR系統能正常工作，一般ECU設定尿素溶液儲量低于18%發動機將無法工作）。如行車里程較大，要隨車攜帶足夠罐裝尿素溶液。

（2）尿素對人體皮膚會產生刺激灼傷，加注尿素溶液時要做好安全防護。如果接觸皮膚，應用大量肥皂水或清水進行沖洗。

（3）尿素呈堿性，對銅、鑄鐵、焊料、鑄鋁的腐蝕很大。尿素加注不當溢出，會污染罐體和車輛。尿素溶液在加注時要使用配裝在罐體上的專用加注管。

（4）尿素溶液在加注過程中需要盡量避免雜質進入溶液和尿素罐中，否則可能會造成尿素溶液管道和尿素泵堵塞。加注好尿素溶液后，要將尿素罐蓋子擰緊，避免空氣中的污染物進入，導致尿素變質或結晶。

（5）為了防止雜質，清洗SCR時必須要用純凈水，不可用自來水。

（6） 發動機熄火后SCR系統會自動運轉排出管道內殘余的車用尿素溶液，以避免尿素溶液結晶堵塞噴嘴，因此至少熄火后30 s內不要關閉車輛總電源。

（7）如有尿素溶液結晶現象，屬正常情況，處理辦法是使用熱水沖洗，既不損壞SCR系統，又能有效的去除結晶。不可使用清洗劑清洗，否則可能損壞SCR系統中的催化劑，造成SCR系統損壞報警。

（8）劣質的尿素溶液會影響到SCR系統正常工作，造成發動機排放嚴重超標，有些車型的尿素傳感器對于尿素溶液的含量具有一定的記憶功能，更換不同品牌的尿素溶液會向ECU發出報警，因此盡可能選用同一品牌、質量合乎標準的尿素溶液。

（9）尿素溶液在運輸、保管過程中，要避光和避免高溫，未加注使用完的要妥善保管。

（10） SCR系統不正常工作或停止運行時，車輛排放將不能達到標準而造成排放超標，此時儀表板上排放指示燈（MIL）會點亮，暫時不影響發動機正常工作，但故障持續時間過長，車輛會啟動發動機扭矩限制器，降低發動機的功率。

國五柴油機SCR系統在發動機成本中占有很大比重，正確使用和維護保養國五SCR系統，是提高車輛運行效率和經濟效益的前提，同時也是車輛排放達標、優化我們生活環境的保證。endprint