三、高压共轨柴油发动机的SCR系统
SCR系统,主要由催化消声器、添蓝罐、计量喷射泵,SCR电控单元(ACU/DCU)组成,主要功能为处理发动机NOx排放,具有冬季化冰、故障自诊断和OBD功能,压缩空气辅助型GRUNDFOS UDS G2.5主要用于单体泵发动机,无压缩空气型BOSCH DENOX 2.0主要用于共轨发动机,使用寿命约100万km。
LSCR系统的组成
SCR系统主要由尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等组成,如图1所示,各部件分别为添蓝罐、计量喷射泵、ACU、压缩空气管、空气滤清器、冷却水管、冷却水电磁阀、添蓝喷嘴、垫片、催化消声器、催化器前温度传感器、催化器后温度传感器、NOx传感器。添蓝实际就是车用尿素溶液,英文名称为AdBlue,直译为添蓝。
2.SCR系统的工作原理
SCR系统的作用是去除柴油发动机排气中的NOx,使用尿素作还原剂,在选择性催化剂的还原作用下,NOx最后变成无污染的氮气和水,主要发生物理和化学反应,过程为车用尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发等物理反应,尿素的水解和热解气相化学反应,以及NOx在催化剂表面与氨气(NH3)发生的催化表面化学反应。其主要化学方程式如下
(1)尿素的分解
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
(2)在催化器处的还原反应
4NO +4NH3 + O2→4N2+6H2O
2NO2 +4NH3 + O2→3N2+6H2O
6NO2 +8NH3→7N2+12H2O
NO +N02 +2N H3→2N2+3H2O
4NH3+5O2→4NO+6H2O
SCR系统的控制原理见图2,尿素溶液的喷射量由尿素喷射泵与控制单元DCU根据柴油机的工况、催化器温度和环境状态来精确计量进行喷射。车用尿素溶液会在-11℃时结冰,系统在尿素溶液箱设有加热装置,实现化冰功能,热源来源于发动机的冷却液。
3.SCR系统中的尿素
SCR系统中尿素具有无毒、无污染、无爆炸性、不易燃、有刺激性气味等特点,便于运输与储存,非常安全。缺点是泄漏在大气中容易导致结晶,形成白色晶体。容器需用不锈钢、铝或聚乙烯材料,在-11℃时开始结冰,如车辆在寒区运行,需要加热罐/管路。车用尿素溶液是含量为32.5%的尿素水溶液,它可以转化高压共轨柴油机95%的NOx,贮存温度0~30℃(温度为-11℃时开始结晶,温度超过55℃容易失效),尿素的消耗量是柴油的3%~7%。尿素的储存保质期及要求见表2
4.SCR系统中的氮氧化合物(NOx)
氮气在空气中按体积分数计算约占78%,车辆在燃烧做功过程中吸入大量空气,在气缸中燃烧越充分,产生的氮氧化合物就越多,并形成多种氮氧化合物,如NO、NO2、N2O3、N2O5等,总称NOx。在内燃机中主要为NO,约占95%、NO毒性不大,但可被氧化成NO2。其次为NO2,它是一种棕红色具有强刺激性的有毒气体,NO2吸入肺中,最后与血红蛋白结合,对心脏、肝、肾都有危害,同时NO2会使植物枯黄。
四、SCR系统使用注意事项
SCR系统是国四以上排放标准必须安装的自动控制的系统,系统将在ECU的指挥下自动喷射、自动排空、自动化冰等,不需驾驶员控制。SCR系统基本免维护,只要加注符合标准要求的车用尿素溶液,保持系统外表整洁,电气接头干燥无虚接,系统内部就可以终身免维护。每日检查尿素液位、检查有无尿素液的泄漏,不要过多,也不要过少,不能低于18%,因为尿素喷嘴需要使用尿素溶液来冷却,液位过低冷却不足会使尿素喷嘴损坏。装有SCR系统的柴油机,需要点火开关关闭1min后再断开蓄电池总开关,因为计量喷射系统要抽掉系统中的尿素残液以防结晶造成喷嘴堵塞。如SCR故障指示灯点亮时,须按照发动机厂家的规定进行保养或维修。