论文-客车后处理系统匹配布置浅析 - 范本

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1、客车SCR后处理系统匹配布置浅析张三（厦门金龙联合汽车工业有限公司 福建 厦门361023）摘要：随着国家对商用车国IV排放的强力实施，客车SCR后处理系统取代传统的排气系统成 为动力总成匹配的关键部分。相比传统排气系统，SCR后处理系统增加了尿素罐、计量泵等许多零 部件。为了满足系统良好的工作要求，对本就紧张的布置空间提出了严峻的考验。因此客车SCR后 处理系统匹配布置是客车能否顺利实现国V排放的重点和难点。关键词： 排气系统 SCR 动力总成匹配布置Abstract： Along with the state China IV emission strong implementation

2、of commercial vehicle, passenger SCR system to replace the traditional exhaust system become a key part of the powertrain matching. Compared with the traditional exhaust system, SCR system to increase the cans, metering pump and many other parts. In order to satisfy the system good work requirement,

3、 this will decorate a space tension test is put forward. So the SCR system of coach matching arrangement is coach whether successfully achieve the emphasis and difficulty in China V emission.Key words: exhaust system SCR powertrain Match the layout当前国内商用车有两条尾气后处理技术路线:其一是EGR+DPF/DOC（废气再循环系统+颗粒捕集器 /氧化

4、型催化转化器）路线，即先通过废气再循环降低燃烧过程中NOx的生成量，再通过颗粒捕集器 捕集因采用EGR技术而略有增加的颗粒物，同时使用氧化型催化转化器定期再生颗粒捕集器；其二 是优化燃烧+SCR路线，即是先通过优化燃烧降低颗粒物排放，同时允许NOx生成量有所增加，然后 通过选择性催化还原技术来降低因优化燃烧而产生的NOx排放量，从而达到同时降低NOx和PM的效 果。因为国内油品难达不到EGR使用要求，同时尿素低廉，所以目前国内客车行业基本上采用SCR 技术。一、客车SCR后处理系统的工作原理及构成1. 工作原理选择性催化还原技术SCR的原理为：车用尿素溶液存放于尿素罐，计量泵将尿素溶液通过尿素

5、 喷嘴喷向高温的发动机尾气，尿素溶液高温气化后产生还原效率高的氨气，氨气与尾气的NOx在SCR 催化器中反应，转化为无害的水蒸汽和N2,同时吸收了有害的烟气颗粒。反应原理如下：（1）尿素水解为氨气：（尿素喷射系统）（NH2）2CO （尿素）+ H2O （水）一2NH3 （氨气）+ CO2 （二氧化碳）（2）SCR后处理反应：（SCR催化转化器）NO （一氧化氮）+ NO2 （二氧化氮）+ 2NH3 （氨气）一 2N2 （氮气）+ 3H2O （水）4NO （一氧化氮）+ O2 （氧气）+ 4NH3 （氨气）一 4N2 （氮气）+ 6H2O （水）2NO2 （二氧化氮）+ O2 （氧气）+ 4NH

6、3 （氨气）一3N2 （氮气）+ 6H2O （水）2. SCR后处理系统的组成主要由尿素罐、计量泵、喷嘴、后处理器（带消声器功能）等组成，如下图（图1）：发动机图1 SCR后处理系统的组成1-后处理器（带消声器功能）2-排气管路 3-尿素罐 4-喷嘴 5-计量泵6-尿素管路 7-连接管路二、SCR后处理系统的总体设计原则：1. 遵循一般排气系统的设计原则： SCR后处理系统方案的选择及布置的合理性，需考虑到对整车的性能、可靠性、排放和振动噪 声等的影响； SCR后处理系统的布置要保证发动机排气畅通，阻力小（排气制动系统除外），同时要尽量减少 噪声和振动，排气口要尽量朝地，不朝向人行道； 排气管

7、道的布置与油箱、油管路的距离应大于300mm，若布置不开时，中间可加隔热板（需用 咼硅氧玻璃纤维等隔热材料）； 排气管道的任何部位（除排气尾管的排气口外）都不允许发生漏气现象，以防止产生振动的噪 声； 后处理器（EGP）进气管第一段应尽量与动力总成固定在一起，以减少振动干涉。排气系统在 整车（车架）上要用软垫进行支承和固定，以减少管道各接口处的振动和干涉； 在布置后处理器时，注意离地间隙大小，所有部件均在离去角范围之内，不应影响通过性 2.SCR系统自身特殊的设计原则： 尿素罐、计量泵、排气管喷嘴相对位置布置不影响SCR系统尿素喷射及维修； 喷嘴在排气管路中位置布置保证气流均匀，尿素与尾气反应

8、彻底，不产生结晶； 尿素管路不要使用丁纳橡胶-N、氯丁橡胶、硅、聚乙烯或类似的材料； 喷嘴上游200mm处开始一直到下游EGP的排气系统管路必须采用304或439级不锈钢。三、SCR后处理系统的设计过程（一）后处理系统关键件的选用因为SCR后处理系统使用在国内属于初步阶段，只在个别区域使用，还未普及；另外后处理器 系统涉及发动机排放公告，所以SCR后处理系统基本随发动机厂家来。（二）后处理器（EGP）布置位置及固定方式1. 后处理器构成后处理器（EGP）是一个整体式的催化和消声装置，装在一个密封的不锈钢外壳或罐”中。在EGP 内有三个串联、独立的单元，分别是氨扩散器、催化器和消声装置。扩散器负

9、责将氨均匀分散在催 化器表面上。催化器进行NOx转换的化学过程，消声装置消除排气系统的噪音。（见图10）催化器 内的化学过程依赖于温度（最低200 C）。2. 后处理器布置位置后处理器类似欧三发动机的排气消声器，为减少管路长度，一般布置在与发动机增压器同侧， 并与周边系统协调考虑。如与进气系统、空调压缩机布置在同一侧，则要同步设计，避免空间干涉 或不便拆装；其于遵循排气系统的设计原则。3后处理器固定方式同体积的后处理器大约是同等传统消声器的两倍重量，重量的增加意味着目前的消声器安装系 统可能不足以支撑更重的EGP。因此： 一般后处理器固定采用增强的软垫吊挂式抱箍固定，使其足以承受EGP明显增加

10、的重量； 因后处理器是一个封装总体，抱箍抱后处理器位置尽可能位于EGP图纸上推荐的位置； EGP应尽可能水平安装。关于垂直或其他安装系统，应向发动机厂家应用工程师咨询。对于垂直安装的EGP，其尾部应有防雨保护。（三）排气管路设计、喷嘴位置的确定1. 排气管材料选取因为尿素液具有腐蚀性，而排气管道是尿素产生化学反应的重要部位，所以喷嘴上游200mm处 开始一直到下游EGP的排气系统管路必须采用304或439级不锈钢。2、排气管管径选取排气管通径首先必须大于涡轮机出气口的通径，具体的管径选取可以参照表1。表1发动机排量对应排气管径（康明斯推荐）E门giriE DisDlmcEm已门tFIde SB

11、eUnder 6.0 L3.0 in （76 nm）6.0L -10.0L4.0 in （102 mm）10.0L-14L5.0 in （127 mm）Above 14L5.0 in （127 mm）or 6.0 in （ I 52 mm :通常情况下，为了降低排气背压（此参数以发动机厂家提供为准），排气管路尽量设计的短一 些，并且管径略微大于前面的推荐值。长度在500-600左右最佳。形状上尽量只采用一个直角弯头。 以便能够避免不必要的排气背压损失。排气尾管在保证压缩机空间的前提下，尽量采用直管。3. 排气管走向及喷嘴位置确定SCR后处理系统工作的好坏，与喷嘴安装位置有很大关系，因此喷嘴在排

12、气管的安装位置有严 格的要求，具体如下：喷嘴安装在混合器上（喷嘴与混合器的角度已经定型），而混合器要求安装在排气管直管段， 混合器上游150mm和下游200mm范围内不能有弯头和变径（图2）。如这些条件不能满足，由于弯头 或者变径引起的紊流会引起混合器位置局部气流流动速度低，从而导致尿素液聚集于此，水份蒸发 后造成尿素结晶，进而堵塞排气管，引起发动机故障。代管段LC度大 150添蓝喷嘴混合器距离大于450直管段氐度大于200催化消声器图2喷嘴安装位置示意图为防止尿素液喷在气流低速流动区域而引起结晶，弯头后的喷嘴要安装在弯头内侧，朝向气流 流动速度高的外侧喷射，如图3。为防止出现尿素结晶，混合器

13、下游500mm内焊缝管道内壁一定要光滑平整，不能有高于1mm的 突起好飞边，同理，喷嘴与催化器之间不能使用内壁凹凸不平的管接头和金属软管。对于非竖直走向的排气管喷嘴最理想的安装角度是60 -70范围（图15）。喷嘴允许的安装 角度是45 -90和270 -315。范围。315 -45。热量大，温度较高，禁止安装。90 -270位 置尿素液容易回落在喷嘴上结晶引起喷嘴堵塞，禁止安装。图3喷嘴安装角度同时与潍柴和锡柴发动机匹配，无混合器（厂家提供喷嘴安装支座）状态，喷嘴支座直接焊接 在排气管上。喷嘴角度对尿素液滴的雾化和分解效果、结晶现象等影响比较大，因此，应严格按照 图纸要求进行喷嘴底座的焊接工

14、艺控制。考虑到尿素喷雾粒子受排气气流的作用，在将喷嘴支座焊 接在排气弯管段（因无混合器，焊接在直管段不作推荐）时，应使尿素喷雾中心线向气流方向进行 一定的偏移，作为对受气流影响作用的补偿。补偿有如下两种：a偏转角度法（图4）：使喷雾中心线比排气管水平部分中心线向下偏转3-5，见图。偏转角 度的大小跟弯管半径的大小有关，管半径越大，偏转角度越小。弯管半径R2200mm时，偏转角度 可取3；弯管半径RW150mm时，偏转角度应取5。b偏心法（图5）：喷雾中心线相对于下游排气直管中心线向弯管内侧方向偏移5-10mm的距离 （喷嘴喷雾中心线相对于喷嘴座中心线向气流上游方向偏移了 7.5mm，见图）。弯

15、管半径越小，下移 距离越大；弯管半径越大，下移距离应越小。喷嘴安装支座焊接时允许出现既有偏转角又有偏心量的情况，但偏移角度不得超过3,偏心 量不得超过5mm；为了尽量减少尿素结晶的可能，喷嘴支座凸出排气管外壁应尽量低，以减少温度 散热损失。另外，在喷嘴支座的焊接过程中，应杜绝出现反装现象。此外，喷嘴之后的排气管直段要求可参考康明斯发动机，见图6。图5偏心法示意图结合以上两种系统，优先满足喷嘴的位置要求后，再确定排气管走向，具体参照一般排气系统 管路设计。4、排气管路连接的密封性及隔热降噪这里特别提出的是，排气管法兰之间的密封垫总成必须采用不锈钢材料，不允许采用石棉或其 它易被尿素腐蚀的材料。其它排气管路连接的密封性及隔热降噪参照一般排气系统的设计原则设 计，此处不再赘述。（四）尿素罐、计量泵相对位置的确定及尿素管路走向确定。1. 喷嘴位置确定后，尿素罐和计量泵的位置布置主要有以下方案：图6格兰富系统尿素罐、计量泵、喷嘴相对位置（如下文字具体说明）计量泵（DU）可以安装在尿素罐的上方（最高位置为高于尿素罐最低液位的1.5米）或低于尿 素罐最高液位以下0.5米的位置。DU不应安装在尿素罐的下方，因为这可通过虹吸从尿素罐吸入尿 素液。系统不会截留空气至关重要。如果系统内没有空气或尿素液结晶，DU将正常工作和加注。