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知識庫|SCR尾氣后處理系統基礎介紹

2018-03-27 09:20:23 admin

隨著柴油機排放法規的日益嚴格,后處理技術是滿足歐IV及以上排放法規必須采用的技術措施。而SCR則能滿足國Ⅳ及國Ⅴ排放標準,因此SCR技術成為了市場發展主流,全稱叫選擇性催化還原技術。


SCRSelective(選擇性)Catalytic(催化)Reduction(還原)的英文縮寫,基本原理是通過尿素噴射系統(俗稱尿素泵)將32.5%濃度的尿素水溶液霧化后噴入排氣管中與發動機尾氣混合,尿素水溶液經過熱解和水解反應生成氨氣(NH3),在催化劑的作用下氨氣將柴油機尾氣中有害的氮氧化合物(NOx)轉化為無害的氮氣(N2)和水。


一?SCR系統構成

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1 DCU控制單元:噴射系統控制單元,驅動尿素噴射單元、氮氧監測、控制尿素噴射量。可以和尿素泵獨立分開的, 叫做分體式,也可以集成在尿素泵內做成集成式。


2尿素噴射單元:通過DCU控制單元的控制,建立壓力吸取尿素箱內的尿素水溶液,將尿素水溶液輸送到噴嘴處實現噴射。停止工作時,通常有停機排空的功能,把系統內剩余的尿素水溶液再送回尿素箱。尿素水溶液解凍的加熱方式分為冷卻水加熱和電加熱兩種,可以根據客戶要求來定制。


3噴嘴:安裝在催化消聲器前端的排氣管內,把尿素噴射單元輸送來的尿素溶液噴入排氣管內。不同廠家的噴嘴結構和安裝形式不同。


4尿素箱:儲存尿素水溶液,容量從15升到80升,并帶有加注口。內置有尿素液位和溫度傳感器、尿素溶液解凍管路。尿素液位傳感器用于檢測尿素水溶液的剩余量,尿素水溶液不足時提供報警信號給駕駛員,提醒及時加注;給尿素水溶液加熱防止結晶。


5催化消聲器:內含載體、催化劑、襯墊、消聲器等主要部件。尿素水溶液經噴嘴噴出霧化后和尾氣混合,在催化消聲器內的載體上附著的催化劑的作用下,與尾氣中的氮氧化物發生還原反應分解成氮氣和水。一般有方形(也叫箱式)和圓形(也叫筒式)兩種。


6系統管路:連接系統的各個部件,有尿素管路(分為帶加熱功能和不帶加熱功能)、冷卻水管、氣管、電子線路等。


7氮氧傳感器、溫度傳感器:用于檢測氮氧化物濃度和排氣溫度,并把數據反饋給DCU控制單元,用于DCU計算尿素溶液的噴射量并監測氮氧濃度。


二?SCR噴射系統


SCR噴射系統分為:氣體輔助式、直噴式、氣體驅動式。以上幾類噴射系統的DCU均可做成集成式式或者與尿素泵分離的分體式。


1氣體輔助式:


系統原理:在計量控制單元DCU(已集成在尿素噴射單元內)的控制下,尿素噴射單元將尿素水溶液由尿素箱中吸出,根據發動機的運轉工況,通過計算后控制適合的噴射量,通過尿素噴嘴噴入到催化消聲器前面的排氣管中,尿素溶液在尾氣的高溫作用下,變為氣體狀態的氨氣,在催化消聲器中與氮氧化物發生還原反應。使氮氧化物轉換為無害的氮氣和水。


管路說明:以尿素噴射單元為起止,


綠色管路-連接車輛儲氣罐。因此款尿素噴射單元為氣體輔助式,需要有氣體進入尿素噴射單元輔助噴射尿素水溶液。(加熱方式目前采用電加熱,也可根據客戶要求做成水加熱方式)


藍色管路-連接尿素箱的兩條是尿素進、出液管路。連接到噴嘴的出液管路,是尿素噴射單元控制好噴射量后,通過此管路供給到噴嘴完成噴射。


紅色管路-發動機冷卻水的循環,連接到發動機和尿素箱完成水循環加熱。


黑色管路-電信號線路,連接發動機電控單元獲取噴射信號和連接到催化消聲器的氮氧傳感器和溫度傳感器,給DCU提供尾氣中的氮氧濃度和溫度信號,用于尿素溶液噴射量的計算。


2直噴式:

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工作過程和氣助式相同,與氣助式區別在于,直噴式無需壓縮空氣,所以沒有接儲氣罐的管路。結構比氣助式簡單,但是對尿素噴嘴的要求較高,須采用帶電磁閥的噴嘴,所以對電磁閥的耐高溫和可靠性提出更高的要求,制造難度及成本都要高于氣體輔助式。優點是應用范圍比氣助式更廣,特別是可以用在非道路、自身不帶壓縮空氣的發動機上。

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3氣體驅動式:


工作原理:


a系統的氣源來自整車氣罐,氣體調壓閥對進氣進行油氣分離。


b整個系統的控制功能集成在發動機ECU內,通過開啟兩聯電磁閥給尿素罐(罐體替代了傳統的尿素箱)加壓并通過通斷該電池閥來保證罐內相對穩定的壓力,尿素溶液在將氣體壓力的推動下被壓入噴嘴連接管道實現噴射,尿素噴射量的計算也在ECU內完成。


c兩聯電磁閥在停機時起到排氣泄壓作用。


d和氣助式相比,氣體驅動式在整個系統中省去了尿素罐,所有的電機驅動改為氣體驅動、降低了整體的成本。


缺點是:


罐體內部有壓力,成為壓力容器,需要注意其安全性,特別是在外部高溫環境下;


罐體本身的體積較小,18升左右,需要經常性地添加尿素溶液。


管路說明:


黑色線路:電信號線路,從發動機ECU連接到二聯閥、冷卻液電磁閥和氣體壓力傳感器。


紅色管路: 發動機冷卻水循環。發動機-氣驅尿素罐冷卻水管路-噴嘴一用于給尿素水溶液低溫結冰時的加熱。連接發動機-噴嘴的水循環用于給噴嘴的電磁閥降溫,由于噴嘴安裝在排氣管上,發動機尾氣溫度非常高,常常造成電磁閥的溫度過高,需要降溫保證電磁閥正常工作。


藍色管路:尿素溶液管路。氣驅尿素罐-噴嘴,在氣體壓力作用下的氣驅尿素罐內的尿素水溶液通過此管路傳遞到噴嘴,在噴嘴處完成計量和噴射。


綠色管路:氣體管路。連接氣驅尿素罐-二連閥-儲氣罐,為整個系統的運行提供足夠壓力的壓縮空氣,及系統停機時候的泄壓回路。


4三種系統對比

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