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1、柴油机国三升级国四状态的措施及注意事项 要了解柴油机国三 国四发动机的差异 首先需要了解 1 柴油发动机排放污染物的主要成分以及生成机理 2 了解国家对于国三 国四柴油机的排放控制要求 了解了以上两个问题 才可以更好的理解两种排放控制要求的发动机状态有什么差异 以下将先讨论柴油机的主要污染物 在柴油内燃机排气的成分里 包含有CO2 二氧化碳 CO 一氧化碳 HC 碳氢化合物 NOx 氮氧化合物 PM ParticulateMatter 微粒子状物质 黑烟等等 车用柴油机主要排放物为PM 颗粒状物质 和NOx 而CO和HC排放较低 控制柴油机尾气排放主要是控制颗粒物质PM和NOx生成 降低PM和
2、NOx的直接排放 柴油机尾气排放物的生成机理 迄今为止人们已经对NOx的生成机理进行了大量的研究 但尚未达成共识 比较容易接受的是策尔多维奇机理 该机理认为 柴油机排放中的NOx并非来自燃油的燃烧 而是来自氮气与氧气的反应 它是在氧气过剩的情况下由于燃烧室的持续高温而形成的 在膨胀和排气时有少量的分解 排到大气后遇氧形成NOx和其它氮氧化物 PM是柴油发动机排放的微粒子状物质的总称 主要由黑烟 被称为SOF 可溶有机成分 的燃烧残留下来的燃料及润滑油的成分 被称为氧化硫的由柴油中的硫生成的成分等构成 相对NOx的生成机理 PM主要是由于燃烧不完全造成的 喷油雾化不好 低氧状态 燃烧温度低等都是
3、造成PM的主要原因 从以上我们看出 如果单纯的在发动机本体上把NOx和PM都降到很低是不可能的 由此对发动机进行尾气处理成了解决这对矛盾的必要措施 国三国四排放要求限制标准 国四后处理方法及对比 了解了为什么国四柴油发动机需要进行尾气处理后 我们需要进一步了解目前国内达到国四标准的路线和控制方法 1 柴油机体内改善燃烧 降低PM颗粒物的生成 尾气采用SCR减少NOx 2 通过EGR在机体内适度引入尾气 减少机体内混合气的氧浓度和混合气的熵 减少NOx 采用颗粒捕捉器DPF控制PM颗粒物排放 几个基本概念 SCR 选择性催化还原 DOC 燃油氧化催化器 DPF 燃油颗粒过滤器 POC 颗粒氧化催
4、化器 EGR 废气再循环 ESC 欧洲标准稳态测试循环 ETC 欧洲标准瞬态测试循环 基本组成 SCR系统主要由尿素罐 尿素泵 尿素喷嘴 催化消声器 尿素管路及控制单元等组成 SCR反应原理 工作原理 一 SCR系统工作过程 如上图所示 当车辆钥匙开关打到on档时 控制器 DCU 开始上电 当DCU检测到发动机启动后尿素泵开始转动从尿素罐中抽吸尿素溶液 然后通过回液管回到尿素罐 此过程称为预注过程 目的是为了排除吸液管中的空气 使泵腔内快速建立压力 尿素泵又分为自带提供喷射动力和不带提供喷射动力两种状态 现主要介绍不带提供喷射动力型的工作过程 预注成功后尿素泵将检测压缩空气然后打开压缩空气电磁
5、阀 压缩空气将从喷嘴吹出 此时 泵将进入等待状态 当转速和排温达到预先标定好的条件后 尿素泵将根据 要求的喷射量准确的供应尿素溶 工作原理 液 同时将一直有压缩空气从喷嘴流出 尿素溶液的喷射量由 根据发动机的工况和催化器温度来精确计算 尿素溶液被喷射到排气管中 与发动机排气进行均匀混合并进行化学反应 净化排气 当车辆钥匙开关关闭后 系统将依然有压缩空气流经喷射管路和喷嘴以进行吹洗 该吹洗动作将持续30秒 因此当车辆钥匙开关关闭30秒后方可切断整车电源 二 SCR系统具备了解冻和加热功能 1 寒冷天气运行时 为避免发生结冰或结晶的问题 需要把尿素溶液温度保持在其冰点 冰点为 11 以上至少15
6、这将使系统液态部分保持在 4 因 11 以下时会结冰 为 工作原理 了保证系统在低温时的正常使用 系统配置有解冻功能 解冻的热源来源于发动机的冷却液 当发动机启动后电控单元通过尿素罐温度传感器感应到尿素温度较低时 DCU将打开加热水电磁阀 发动机冷却液将顺着管道流向尿素罐 使尿素罐中的冰融化 2 DCU根据液位温度及环境温度传感器判断需要加热时 会通过电源对尿素的进回液管路进行加热 我们以黄河为界 黄河以北的地区标配对进回液管路带电加热功能 工作原理 另外计量喷射泵的工作环境温度 40 80 一般在容易产生结冰的地方都带有加热装置内置 通过控制器对加热继电器的控制来保证尿素温度处于结冰点之上
7、SCR系统使用说明 特别注意 冬季加注尿素一定不要加的太满 液位指示刚满即可 因为当气温低于 11 时 尿素会结冰体积将膨胀9 而尿素罐内只提供10 的膨胀容积若加的太满 没有膨胀空间 尿素罐可能会胀裂 另外发动机停机后尿素泵会继续吹扫30秒将管路中残留的尿素吹出去 以防止结晶堵塞 所以应在钥匙开关关闭30秒后再断开整车电源 SCR系统使用说明 SCR系统是一个自动控制系统 当车辆的钥匙开关处于on档 车辆电压正常 相关管路连接正确 系统将在控制器的控制下工作 不需要人为干预 SCR系统基本免维护 只要加注符合标准要求的尿素 系统内部终身免维护 用户要做的就是保持系统外表干净 电器接头干燥 压
8、缩空气干燥即可 尿素溶液具有腐蚀性 应避免溅到铸铁表面 EGR系统原理图 DOC后排气处理原理 DOC的作用及厂家 通过催化剂的作用 将尾气中的HC及CO氧化为二氧化碳和水 实现对CH和CO的去除 同时将NOx氧化为NO2 DOC还能将排气颗粒中的SOF转化为二氧化碳和水 DOC是一个放热过程 POC需要的反应温度高 DOC的放热作为后级POC反应的主要组成 DOC反应后的NO2中的O作为氧化剂氧化颗粒物中的C 国外有EGR DOC直接达到国四的水平的先例 但是对发动机本体的要求及燃油要求很高 国内涉及DOC厂家有威孚高科和贵研铂业等 国外主要有巴斯夫 康明斯 SunnyMetal Engin
9、eControlSystems等做的比较成熟 POC的作用 POC颗粒氧化净化器 主要针对柴油车排气的碳烟颗粒 效率一般在50 70 从OBD角度讲 检测中心将POC定义为颗粒捕捉器 要求对其进行检测 POC的检测方案不外乎两种 压差和排温 由于POC在工作时存在吸放热过程 所以排温检测策略几乎不可行 剩下就只能用压差 目前EGR车型根据法规要求 必须增加压差传感器检测POC给OBD信号 EGR对系统的要求 适用法规 柴油车国IV法规及以上 系统工作温度 250 600 最佳工作温度350 400 燃油品质要求 含硫量 50ppm 最大碳载量 10 15g L 视不同结构 润滑油品质要求 CF 4及以上牌号 DOC POC使用注意事项 如果POC捕集的颗粒物得不到有效再生 就会不断累积在POC中 系统的背压就可能不断上升 当背压上升到一定水平 压差传感器输出电压信号给车辆OBD系统报警 发生该情况的原因主要有两个 1 车辆行驶中所添加的柴油未达到国IV标准 含硫量 50ppm 生成了大量的硫酸盐 造成DOC中毒失效 进而导致NO2生成量少 不足以与颗粒物发生连续再生反应 2 车辆大部分时间以低速运行 时速 60km h 并有比较频繁的启停 排气温度较低 低于300 导致颗粒物的再生反应不能发生 谢谢
