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匹配控制商用车SCR尾气后处理系统的技术
来源:本站整理  作者:佚名  2012-10-15 07:10:30

尾气后处理系统的基本组成SCR 尾气后处理系统主要由催化器,尿素箱,定量给料单元,喷嘴,传感器,压缩空气罐,空气滤清器等组成。其系统基本组成见图。其中定量给料单元是保证该系统正常工作的核心控制和执行单元。由于定量给料单元的工作主要依赖发动机的运行工况数据和电控单元控制,因此CAN 线必不可少,通过 CAN 线达到电气数据共享和工作指令的传递,通过系统各元件的协调配合达到最终控制目标。

各部件的主要功能及后处理系统的工作过程

 

尿素箱用于尿素溶液的储存与供给。在尿素箱上安装有液位及温度传感器。液位传感器用于系统诊断、尿素用量监控及低液位报警等。温度传感器则用于监测尿素溶液的温度,以确定是否需要启动或者关闭加热装置,防止溶液冻结或过热。对尿素箱的加热大多利用发动机冷却液来完成,其冷却液管路的控制电磁阀由发动机电控单元控制。

 

压缩空气罐用于给定量给料单元提供压缩空气。压缩空气经空气滤清器过滤后再进入定量给料单元。

 

定量给料单元是 SCR 尾气后处理系统的核心单元,也是一个高精度元件。它的微处理器受发动机电控单元 ECM 控制,用于将与发动机运行工况所产生的氮氧化物量相匹配的尿素量喷入排气管。在进行给料工作时,其内部的电动泵根据微处理器接收到的指令从尿素箱吸入所需要量的尿素溶液,尿素溶液与压缩空气混合并雾化后进入喷射管路。为了保证其正常工作,该单元还具有自除气和自清洁功能。即在每次工作前,电动泵以最大工作流量从尿素箱吸入尿素溶液并经回流管返回,以除去管路中可能存在的空气对计量精度的影响,该过程称为除气过程。在电动泵停止工作后,压缩空气会持续供给,直至将管路中的尿素溶液吹除干净,以防止尿素在管路中残留结晶阻塞管路,该过程称为清洁过程。

 

定量给料单元与尿素箱之间有两条管路相连,即供给管和回流管。供给管用于给料及除气过程尿素溶液的供给。回流管则主要用于除气过程中尿素溶液的回流。为了保证在较低环境温度条件下后处理系统的正常工作,防止管路中尿素溶液冻结,该两条管路采用了电加热装置来进行有效保护。电加热装置的控制继电器也是由发动机电控单元控制。

 

喷嘴安装于催化器前的排气管道内,通过喷射管道与定量给料单元相连。主要作用是在给料过程中将雾化的尿素溶液均匀地喷入发动机排气中,这样将使尿素溶液遇热后分解出的氨能更均匀地分布到排气中。

 

催化器是 SCR 尾气后处理系统的另一个核心单元,兼有尾气催化转化和噪音消声两个功能。其内部由三个独立、串联的单元组成,分别是氨扩散器、催化转化器和消声器。扩散器的主要作用是将氨均匀地分布到催化器表面。氮氧化物与氨经催化还原反应最终生成无害的氮气和水的过程则是在催化转化器内完成的。催化器还对燃油提出了特殊的要求,即必须使用符合规定的低硫含量的燃油。若使用高硫含量的燃油,则其产生的硫化氨会污染催化转化器表面,这样就会降低催化器的转化效率,尤其是在低温时的转化效率。

 

在催化器的入口和出口处各安装有一只温度传感器,用于检测催化器是否达到要求的温度来保证催化还原反应的正常进行,并据此确定需要喷入的尿素量。催化还原反应所要求的最低排气温度为 200℃。

 

催化器上还安装有一只氮氧化物传感器,用于监测经过催化器处理后尾气中氮氧化物的排放是否达到预期的效果。这也是法规要求的车载诊断(OBD)系统的一项内容。

 

车载诊断系统是新排放法规的强制要求,主要用于保证车辆尾气后处理系统的正常工作。其功能包括车辆通电后系统的自检,使用过程中尿素用量的监测和低液位报警以及氮氧化物排放超限报警等。

 

以上就是 SCR 尾气后处理系统的主要部件。在此对尾气后处理系统的工作过程概述如下。

 

车辆通电后,车载诊断系统首先进行系统自检。通过自检后,方可起动发动机。同时尾气后处理系统也即刻进入工作状态。这时定量给料单元会根据预设指令首先启动电动泵吸入尿素溶液并全部回流至尿素箱,以除去管路中可能存在的空气。除气过程完成后定量给料单元即转入给料工作过程,这时发动机电控单元会根据检测到的催化器进出口排气温度以及发动机运行工况参数确定出对应的尿素需要量,并将指令传递给定量给料单元,定量给料单元按指令吸入所需要量的尿素溶液,同时压缩空气进口处的电磁阀开启,压缩空气与尿素溶液混合雾化后,被喷射进入发动机排气管。在排气管内尿素溶液中的水分迅速气化,尿素分解出的氨则随排气一起进入催化器,再经过氨扩散器进一步混合后,在催化器表面与氮氧化物经过充分的催化反应,将大量的氮氧化物转化为无害的氮气和水并随排气排出发动机。随着发动机运行工况及排气温度的变化,发动机电控单元也在实时地调整传递给定量给料单元的尿素需要量指令,以保证其良好的氮氧化物转化率水平。在发动机停止工作后,定量给料单元的电动泵停止工作,这时压缩空气仍将持续供给,直至喷射管路中的尿素溶液残留被全部吹除,防止尿素残留在管路中的结晶造成管路堵塞。

 

车辆在低温环境中运行时,若尿素箱上的温度传感器测得温度低于规定值(一般设定为 0℃),发动机电控单元就会发出指令开启发动机通往尿素箱的冷却液管路控制电磁阀,利用发动机的冷却液给尿素箱加热,防止尿素溶液冻结或解冻已冻结的尿素溶液,保证后处理系统的正常工作。当尿素溶液温度上升到规定值(一般设定为 7℃左右)时则断开控制电磁阀,防止尿素溶液过热。在对尿素箱加热的同时,电控单元会同时通过控制电路开启尿素箱与定量给料单元之间的管路加热器的控制开关,利用电加热器给管路进行加热,防止管路中出现冻结堵塞。

 

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