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柴油发动机SCR排放后处理技术解析与故障分析
来源:汽车维修  作者:佚名  2017-12-13 09:13:46



    柴油发动机凭借良好的燃油经济性、动力性和耐久性优点,使用数量逐年上升,柴油机SCR(选择性催化还原,----Selective Catalytic Reduction,简称SCR)排放后处理技术是目前降低车用柴油发动机NOx排放最有效的后处理技术,本文以江淮汽车2.7CTI发动机为研究对象,对SCR排放后处理系统的结构组成、工作原理以及化学反应机理进行描述,介绍零部件功能、原理、失效模式与检测方法,供市场车辆维护参考。

    一、柴油发动机排放后处理系统的技术路线
      车用柴油发动机废气主要包括NOx、CO、HC、PIVI颗粒物等,排放后处理技术是为减少发动机排放废气造成环境污染而进行适当处理的技术,针对柴油机污染排放控制主要是EGR(废气再循环)和SCR选择性催化还原)2条技术路线,欧洲倾向于SCR体系,利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理,而美日倾向于EGR体系,通过微粒催化转换器对燃烧产生的微粒进行处理。
      因为EGR技术路线会增大油耗、且对燃油中的硫比较敏感,而SCR技术路线的燃油经济性好,能够有效节省燃油消耗,对柴油机本体改动小,发动机复杂性低,且对硫不敏感,所以,国内大部分柴油机厂商为满足国V排放均采用SCR技术路线。
    江淮汽车2.7CTI发动机是第三代高压共轨直喷涡轮增压柴油发动机,采用DOC+SCR(柴油机氧化催化器+选择性催化还原系统)后处理技术以降低发动机排放污染,达到国V排放标准,作为轻型载重汽车及轻型客车的配套动力,配置在江淮星锐商务车和高端轻卡等产品上。

    二、柴油发动机排放后处理系统概述
    江淮2.7CTI柴油发动机后处理总成一共有2级,DOC氧化催化器)安装在前,SCR(选择性催化还原)系统安装在后,其中DOC能有效处理HC、CO,将其转化成CO2和H2O、SCR系统利用尿素溶剂在特定的条件下将NOx还原成N2和H2O,能有效降低废气中的NOx含量。
    LDOC氧化催化器。通过贵金属Pt作用,把HC、CO、可溶性有机成分SOF(颗粒的主要组成成分)氧化成H2O和CO2、同时把NO氧化成NO2,一定程度上提高了SCR的转换效率。
    2.SCR选择性催化还原技术。在含氧条件下使还原剂NH3和NO选择性的发生反应,反应装置由催化器和尿素水的喷射装置构成,将尿素溶液喷射出后,尿素与水高温处理后分解为NH3,然后NH3与NO在催化剂作用下反应生成N2和H2O。将NOx氧化物转化成N2的过程需要对氨喷射量和喷射位置进行控制,通过安装类似氧传感器的氨传感器,当氨扩散到酶集体上改变输出电压信号,做闭环反馈给发动机控制系统。在催化酶促进下,通过尿素水溶液热分解产生NH3来还原排气中存在的NOx,产生N2和H2O等无危害气体。SCR催化转换器采用桶式结构,包括催化剂、载体、封装等,SCR系统连接见图1所示。

    3.排放后处理控制逻辑。尿素喷射量与催化剂的转换效率有关,ECU通过接收传感器输入的催化剂温度与废气流量信号,查找相应的MAP,得出对应运行工况下的催化剂转换效率,ECU根据转换效率和NOx的排放计算出需求的尿素量。
    SCR系统中的尿素溶液在低温环境下会结冰,主要用环境温度传感器测量周围环境温度,工作时可根据需要对尿素加热解冻,ECU根据温度信号控制电磁阀对尿素箱内的尿素溶液进行加热。
    SCR控制逻辑见图2所示。

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