柴油發(fā)動機(jī)排氣后處理系統(tǒng)各控制方案分析

勒流職業(yè)技術(shù)學(xué)校 周泓杰，陸鎮(zhèn)桓

為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，解決汽車排放問題，相關(guān)部門對柴油車提出了更為苛刻的廢氣排放和節(jié)能要求。各汽車生產(chǎn)廠家在尾氣排放上不斷地進(jìn)行技術(shù)更新，下面列舉3種常見的柴油發(fā)動機(jī)尾氣排放控制方案進(jìn)行分析。

1 排放控制的難點(diǎn)及應(yīng)對方案

柴油發(fā)動機(jī)的排放污染物成分包含顆粒（PM）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）等4種。通常CO和HC排放控制較為容易，但PM與NOX排放較難控制，而且PM排放與NOX排放、NOX排放與燃油經(jīng)濟(jì)性之間又相互矛盾。因此，降低NOX與PM的排放是柴油發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)的難點(diǎn)。柴油機(jī)排放控制方法目前主要有SCR、EGR+DPF及DOC+DPF+SCR等3種技術(shù)方案，見表1所列。

SCR含義是選擇催化還原器，EGR含義是廢氣再循環(huán)，DPF含義是微粒捕捉器，DOC含義是氧化催化器。

2 技術(shù)方案分析

2.1 SCR

SCR系統(tǒng)的基本組成如圖1所示，主要由SCR系統(tǒng)、尿素供給系統(tǒng)、尿素噴射系統(tǒng)及控制系統(tǒng)（DCU）組成。催化器系統(tǒng)安裝在排氣管上，尾氣排出，流經(jīng)SCR系統(tǒng)。噴射單元安裝在SCR內(nèi)部，在DCU的控制下噴射出尿素，尿素在高溫下分解成氨氣和二氧化碳。NO、NO2及NOX在有氨氣的情況下，氧化還原成無毒的N2。DCU檢測實時工況，接受各種信號，通過精確計算控制噴射單元。噴射系統(tǒng)正常工作，需要滿足以下條件：尿素液液位不低于5%；噴射系統(tǒng)內(nèi)的尿素液加熱到200 ℃左右；柴油發(fā)動機(jī)冷卻液溫度不低于70 ℃；尿素供給系統(tǒng)內(nèi)的尿素液溫度介于-7 ℃～40 ℃。

2.2 EGR+DPF

EGR+DPF系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。發(fā)動機(jī)工作時將一部分尾氣冷卻后送回到氣缸，降低氣缸內(nèi)的溫度，同時氧濃度也降低，這就減少了NOX生成。DPF微粒捕捉器在尾氣流經(jīng)的過程中，捕集碳微粒。當(dāng)微粒越來越多時，就會導(dǎo)致排氣背壓高從而影響發(fā)動機(jī)動力，此時就通過燃燒的方式處理微粒。使用此方案需要使用含硫量低的燃油。

表1 技術(shù)方案及說明

圖1 SCR系統(tǒng)的基本組成

圖2 EGR+DPF系統(tǒng)的基本組成

2.3 DOC+DPF+SCR

DOC+DPF+SCR系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。尾氣從發(fā)動機(jī)排出，流過DOC時，在200 ℃～600 ℃的溫度下，CO與HC幾乎全部被氧化成CO2與H2O，同時NO被轉(zhuǎn)化為NO2。尾氣再依次通過DPF及SCR，分別處理微粒及NOX。各系統(tǒng)之間通過控制系統(tǒng)的控制，達(dá)到較好的化學(xué)反應(yīng)效果，ECM同時檢測尾氣中相關(guān)氣體的含量，修正相關(guān)控制數(shù)據(jù)，從而獲得較好的凈化效果。

3 三種排放技術(shù)方案比較

三種排放技術(shù)方案在燃油要求、排放指標(biāo)、方便性等方面各有不同，具體優(yōu)缺點(diǎn)見表2所列。

DPF需要定期進(jìn)行再生，再生分為被動再生、主動再生及靜止再生，當(dāng)無法再生時就必須進(jìn)行DPF的清除或更換。

在上述3種方案中，E G R+D P F方案配套方便，整車投資??；S C R方案整車改動大，投資也大；DOC+DPF+SCR方案整車改動及投資最大，但凈化效果最優(yōu)。

圖3 DOC+DPF+SCR系統(tǒng)的基本組成

表2 三種排放技術(shù)方案對比