SCR技術(shù)原理探討

徐 鵬

（西安西沃客車有限公司，陜西 西安 710089）

SCR技術(shù)原理探討

徐 鵬

（西安西沃客車有限公司，陜西 西安 710089）

文章介紹車輛排放后處理系統(tǒng)--SCR（發(fā)動(dòng)機(jī)排氣催化凈化技術(shù)）技術(shù)發(fā)展必要性及SCR技術(shù)原理。本篇文章是對(duì)SCR的一個(gè)基本介紹，SCR系統(tǒng)會(huì)隨著車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)在硬、軟件上配置的變化而發(fā)生改變。

汽車排放；SCR；歐IV

CLC NO.: U472.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-143-03

前言

空氣污染是導(dǎo)致個(gè)人健康及全球環(huán)境問題的主要因素，污染物的排放是由于燃燒生物、化石燃料而產(chǎn)生的，其主要來源于工廠、車輛和家庭。汽車尾氣排放已成為城市大氣的重要污染源，為了保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境及維護(hù)人類健康，各國紛紛出臺(tái)了各種環(huán)保法規(guī)。

1、排放法規(guī)

排放在多數(shù)國家都有很高的要求。當(dāng)前，美國、日本和歐盟主導(dǎo)著排放法規(guī)的制定，其他國家也緊跟隨著。其中歐盟的法規(guī)，在很多的地區(qū)被廣泛地采納、應(yīng)用著。在2000年，歐共體最嚴(yán)厲的車輛排放水平標(biāo)準(zhǔn)--EEV（環(huán)境友好型車輛）這一非官方的標(biāo)準(zhǔn)被制定。EEV排放標(biāo)準(zhǔn)將低于目前歐洲生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，ESC和ETC中確認(rèn)的歐V排放水平。EEV車輛將使用清潔的柴油、壓縮天然氣、液化石油氣、氫燃料的內(nèi)燃機(jī)車、混合動(dòng)力車，電車，氫燃料電池車。2005年12 月21日，布魯塞爾，“歐共體制定了新的規(guī)范目標(biāo)，目的是為環(huán)保車創(chuàng)造市場，并在運(yùn)輸領(lǐng)域有效降低排放”。EEV的排放水平在歐V至歐VI之間。相比較歐V法規(guī)，EEV排放法規(guī)的碳?xì)浠衔锵陆?5%，一氧化碳下降25%，煙度值下降70%。

2、如何達(dá)到排放要求

2.1發(fā)動(dòng)機(jī)硬件發(fā)展

氣缸套—提高表面的光滑度，使盡量少的潤滑油留在燃燒室里?；钊h(huán)—提升公差等級(jí)及表面質(zhì)量，以此控制活塞潤滑情況。噴油嘴—更高的燃油噴射壓力，提升燃燒效率，減少排放顆粒物的產(chǎn)生。渦輪增壓—電控排氣閥門或可變截面渦輪（VGT），使得燃燒效率更高。

2.2 提高燃油品質(zhì)

2.3 SCR 或EGR

A 低氮氧化合物排放發(fā)動(dòng)機(jī)（通過使用EGR系統(tǒng)，減少氮氧化合物的形成）

（1）TFF 徑流式過濾器

（2）CDPF 催化柴油顆粒過濾器（壁流式）

B 低顆粒排放發(fā)動(dòng)機(jī)（通過使用SCR系統(tǒng)，降低煙灰和機(jī)油消耗量）

（3）SCR(通過氨氣（NH3）進(jìn)行選擇性催化還原)

（4）尿素

（5）發(fā)動(dòng)機(jī)

2.4 EGR的好處—高的可靠性

ERG技術(shù)主要是將廢氣冷卻再循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中。被循環(huán)的惰性廢氣將混合到新鮮的進(jìn)氣空氣中，以達(dá)到降低進(jìn)氣的含氧量，同時(shí)也可吸收燃燒熱量以降低點(diǎn)火的溫度。這也意味著可降低氮氧化物的排放。

2.5 SCR的優(yōu)勢—更少的燃油消耗

SCR技術(shù)是達(dá)到歐IV排放要求的一個(gè)有效地好方法。SCR技術(shù)不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出馬力產(chǎn)生任何地影響。同樣，SCR也是一個(gè)降低燃油消耗的技術(shù)解決方案，可適用于達(dá)到歐IV和歐V排放要求的車輛。

3、SCR 概述

車輛使用SCR（選擇性催化還原技術(shù)）接觸式廢氣凈化，以此來滿足歐IV，歐V和EEV（環(huán)境友好型車輛）的排放標(biāo)準(zhǔn)。與原先的歐III相比，歐IV排放要求氮氧化合物的排放下降30%，顆粒物的排放下降80%。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用SCR技術(shù)后，其燃燒效率可保持不變，但可以降低氮氧化物和顆粒物的排放。SCR技術(shù)中對(duì)廢氣的處理的關(guān)鍵是使用尿素。在廢氣通過凈化器之前，使之與尿素相混合。這樣混合后的氣體，自然地會(huì)將氮氧化物轉(zhuǎn)換成氮?dú)夂退羝?。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)更有效地燃燒，ECU將根據(jù)車輛瞬間載荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來確定尿素的噴射量。

4、SCR工作原理

SCR廢氣凈化處理裝置是一簡單系統(tǒng)，有幾個(gè)部分組成，如圖：

尿素將被先霧化，后噴射進(jìn)排氣管中，使其與廢氣在SCR凈化器中充分混合。噴射的量由EMS系統(tǒng)精確控制，以保證在各種運(yùn)行工況下都可以達(dá)到最佳減少排放的效果。排氣系統(tǒng)中的熱量，將使的尿素轉(zhuǎn)換成氨水和二氧化碳。氨水是凈化過程中的有效物質(zhì)和關(guān)鍵因素，在催化還原轉(zhuǎn)化器中，它將使氮氧化物轉(zhuǎn)為無害的氮與水蒸汽。當(dāng)反應(yīng)溫度高于200℃時(shí)，這一催化化學(xué)反應(yīng)才能順利地進(jìn)行。

4.1 尿素罐

尿素罐是塑料制品，有多種尺寸與規(guī)格。由于系統(tǒng)內(nèi)存在壓力變化，因此在容器上有一個(gè)壓力平衡通風(fēng)口。在容器的背面有一個(gè)液位和溫度傳感器。在尿素罐底部有一個(gè)排放口，可以用來排除多余的尿素，例如：清洗尿素罐。

4.2 泵單元

尿素泵是尿素液力運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力所在，當(dāng)DCU發(fā)出正常工作狀態(tài)指令時(shí)，尿素泵從尿素箱中吸取一定量的尿素，同時(shí)使尿素管等尿素液路內(nèi)充滿穩(wěn)定壓力。當(dāng)柴油機(jī)停止時(shí)，DCU發(fā)出結(jié)束工作指令，尿素泵需把尿素液路內(nèi)的尿素回抽至尿素箱內(nèi)，確保尿素管路特別是尿素噴嘴保持清潔。 尿素泵自帶電加熱功能，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)確保泵體內(nèi)尿素不結(jié)冰。尿素泵上有四個(gè)連接口，分別是尿素液路的進(jìn)回尿素口和去噴嘴的壓力管尿素輸出口以及SCR系統(tǒng)線束接插口。

4.3 尿素噴嘴（計(jì)量控制器）噴嘴是在DCU的控制下降尿素按照需要的量程霧狀噴射到排氣管中。噴嘴的主體是一個(gè)電磁閥，周圍包圍著尿素流道，起冷卻作用。噴嘴需要使用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液進(jìn)行冷卻，冷卻水從發(fā)動(dòng)機(jī)引出，采用專用的快插式噴嘴冷卻水管，連接至上圖所示接頭，再回到發(fā)動(dòng)機(jī)。

4.4 SCR催化排氣凈化器

SCR排氣凈化器被集成在消音器中。凈化器內(nèi)部是一個(gè)，表面有許多小的通道并涂有活性物質(zhì)的陶瓷結(jié)構(gòu)。霧化后的尿素被噴射到排氣管后，進(jìn)入消聲器和熱的廢氣相混合。熱廢氣將尿素溶液迅速地分解成氨水和二氧化碳。當(dāng)廢氣通過SCR凈化器時(shí)，氨水和氮氧化物在凈化器內(nèi)加速反應(yīng)，產(chǎn)生無害的氮?dú)夂退羝?。在凈化器?nèi)的最后部分，會(huì)有一層涂有白金的涂層，那是用來處理多余未反應(yīng)的氨水，使得排出的尾氣沒有氨水味。

4.5 尿素

尿素從上世紀(jì)70年代起開始，就已用于降低供暖設(shè)備和發(fā)電站產(chǎn)生氮氧化物的排放。尿素在加熱后會(huì)變成氨水和二氧化碳。氨水在和廢氣混合后，將氮氧化物轉(zhuǎn)為無害的氮?dú)夂退羝?。只有國家認(rèn)可的尿素才可用于SCR排氣后處理系統(tǒng)。尿素溶液中有32.5%的尿素和67.5%的去離子水。它是一種無色透明的液體，具有輕微的氨水味。

4.6 氮氧化物傳感器

氮氧化物傳感器被設(shè)置在催化還原排氣凈化器之后。傳感器將氮氧化物濃度轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)寫入一個(gè)模塊，并通過模塊上傳至CAN總線通過OBD輸出信號(hào)。

4.7 OBD

OBD指排放控制用車載診斷系統(tǒng),它具有識(shí)別可能導(dǎo)致排放超標(biāo)的故障區(qū)域的功能，并以故障代碼的方式將該信息儲(chǔ)存在電控單元存儲(chǔ)器內(nèi)，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈。

5、總結(jié)

在過去的十年里，OECD（經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）國家的廢氣排放已有明顯下降，并且在未來十年將有進(jìn)一步的下降。在其他地區(qū)廢氣排放已經(jīng)受到社會(huì)各界的關(guān)注，并已開始提高廢氣排放要求。正是由于日益嚴(yán)格的排放法規(guī)才使新一代的車輛在其研發(fā)、設(shè)計(jì)中，考慮到采取不同的技術(shù)措施降低氮氧化物排放要求，降低微粒的產(chǎn)生，促使了排氣后處理技術(shù)的的發(fā)展。

[1] 西沃客車售后服務(wù)部，SCR EURO 5，第二屆BKT培訓(xùn)學(xué)生手冊[內(nèi)部資料]，2012年3月.

[2] 西沃客車售后服務(wù)部，SCR 歐IV ，B7R技術(shù)培訓(xùn)手冊[內(nèi)部資料]，2012年7月.

Explore the principle of SCR technology

Xu Peng
(Xi'an SilverBus Co., Shaanxi Xi'an 710089)

This paper introduces the vehicle emission treatment system --SCR (engine exhaust catalytic technology) technology and necessity. This article is a basic introduction to the SCR, SCR systems will change with the vehicles and engines in the hardware and software configuration and change.

Vehicle emissions；SCR；Europe IV

U472.7

A

1671-7988(2015)01-143-03

徐鵬，就職于西安西沃客車有限公司。