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知识库|SCR尾气后处理系统基础介绍

2018-03-27 09:20:23 点击:

随着柴油机排放法规的日益严格,后处理技术是满足欧IV及以上排放法规必须采用的技术措施。而SCR则能满足国Ⅳ及国Ⅴ排放标准,因此SCR技术成为了市场发展主流,全称叫选择性催化还原技术。


SCRSelective(选择性)Catalytic(催化)Reduction(还原)的英文缩写,基本原理是通过尿素喷射系统(俗称尿素泵)将32.5%浓度的尿素水溶液雾化后喷入排气管中与发动机尾气混合,尿素水溶液经过热解和水解反应生成氨气(NH3),在催化剂的作用下氨气将柴油机尾气中有害的氮氧化合物(NOx)转化为无害的氮气(N2)和水。


一•SCR系统构成

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1 DCU控制单元:喷射系统控制单元,驱动尿素喷射单元、氮氧监测、控制尿素喷射量。可以和尿素泵独立分开的, 叫做分体式,也可以集成在尿素泵内做成集成式。


2尿素喷射单元:通过DCU控制单元的控制,建立压力吸取尿素箱内的尿素水溶液,将尿素水溶液输送到喷嘴处实现喷射。停止工作时,通常有停机排空的功能,把系统内剩余的尿素水溶液再送回尿素箱。尿素水溶液解冻的加热方式分为冷却水加热和电加热两种,可以根据客户要求来定制。


3喷嘴:安装在催化消声器前端的排气管内,把尿素喷射单元输送来的尿素溶液喷入排气管内。不同厂家的喷嘴结构和安装形式不同。


4尿素箱:储存尿素水溶液,容量从15升到80升,并带有加注口。内置有尿素液位和温度传感器、尿素溶液解冻管路。尿素液位传感器用于检测尿素水溶液的剩余量,尿素水溶液不足时提供报警信号给驾驶员,提醒及时加注;给尿素水溶液加热防止结晶。


5催化消声器:内含载体、催化剂、衬垫、消声器等主要部件。尿素水溶液经喷嘴喷出雾化后和尾气混合,在催化消声器内的载体上附着的催化剂的作用下,与尾气中的氮氧化物发生还原反应分解成氮气和水。一般有方形(也叫箱式)和圆形(也叫筒式)两种。


6系统管路:连接系统的各个部件,有尿素管路(分为带加热功能和不带加热功能)、冷却水管、气管、电子线路等。


7氮氧传感器、温度传感器:用于检测氮氧化物浓度和排气温度,并把数据反馈给DCU控制单元,用于DCU计算尿素溶液的喷射量并监测氮氧浓度。


二•SCR喷射系统


SCR喷射系统分为:气体辅助式、直喷式、气体驱动式。以上几类喷射系统的DCU均可做成集成式式或者与尿素泵分离的分体式。


1气体辅助式:


系统原理:在计量控制单元DCU(已集成在尿素喷射单元内)的控制下,尿素喷射单元将尿素水溶液由尿素箱中吸出,根据发动机的运转工况,通过计算后控制适合的喷射量,通过尿素喷嘴喷入到催化消声器前面的排气管中,尿素溶液在尾气的高温作用下,变为气体状态的氨气,在催化消声器中与氮氧化物发生还原反应。使氮氧化物转换为无害的氮气和水。


管路说明:以尿素喷射单元为起止,


绿色管路-连接车辆储气罐。因此款尿素喷射单元为气体辅助式,需要有气体进入尿素喷射单元辅助喷射尿素水溶液。(加热方式目前采用电加热,也可根据客户要求做成水加热方式)


蓝色管路-连接尿素箱的两条是尿素进、出液管路。连接到喷嘴的出液管路,是尿素喷射单元控制好喷射量后,通过此管路供给到喷嘴完成喷射。


红色管路-发动机冷却水的循环,连接到发动机和尿素箱完成水循环加热。


黑色管路-电信号线路,连接发动机电控单元获取喷射信号和连接到催化消声器的氮氧传感器和温度传感器,给DCU提供尾气中的氮氧浓度和温度信号,用于尿素溶液喷射量的计算。


2直喷式:

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工作过程和气助式相同,与气助式区别在于,直喷式无需压缩空气,所以没有接储气罐的管路。结构比气助式简单,但是对尿素喷嘴的要求较高,须采用带电磁阀的喷嘴,所以对电磁阀的耐高温和可靠性提出更高的要求,制造难度及成本都要高于气体辅助式。优点是应用范围比气助式更广,特别是可以用在非道路、自身不带压缩空气的发动机上。

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3气体驱动式:


工作原理:


a系统的气源来自整车气罐,气体调压阀对进气进行油气分离。


b整个系统的控制功能集成在发动机ECU内,通过开启两联电磁阀给尿素罐(罐体替代了传统的尿素箱)加压并通过通断该电池阀来保证罐内相对稳定的压力,尿素溶液在将气体压力的推动下被压入喷嘴连接管道实现喷射,尿素喷射量的计算也在ECU内完成。


c两联电磁阀在停机时起到排气泄压作用。


d和气助式相比,气体驱动式在整个系统中省去了尿素罐,所有的电机驱动改为气体驱动、降低了整体的成本。


缺点是:


罐体内部有压力,成为压力容器,需要注意其安全性,特别是在外部高温环境下;


罐体本身的体积较小,18升左右,需要经常性地添加尿素溶液。


管路说明:


黑色线路:电信号线路,从发动机ECU连接到二联阀、冷却液电磁阀和气体压力传感器。


红色管路: 发动机冷却水循环。发动机-气驱尿素罐冷却水管路-喷嘴一用于给尿素水溶液低温结冰时的加热。连接发动机-喷嘴的水循环用于给喷嘴的电磁阀降温,由于喷嘴安装在排气管上,发动机尾气温度非常高,常常造成电磁阀的温度过高,需要降温保证电磁阀正常工作。


蓝色管路:尿素溶液管路。气驱尿素罐-喷嘴,在气体压力作用下的气驱尿素罐内的尿素水溶液通过此管路传递到喷嘴,在喷嘴处完成计量和喷射。


绿色管路:气体管路。连接气驱尿素罐-二连阀-储气罐,为整个系统的运行提供足够压力的压缩空气,及系统停机时候的泄压回路。


4三种系统对比

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