陕汽重卡国四产品介绍.ppt

陕重汽国产品介绍,汽车工程研究院2013年2月,一，国排放升级背景国IV排放标准是国家第四阶段机动车污染物排放标准，我国的汽车排放标准主要是参考欧洲的标准，国III，国IV排放标准污染物排放限值上与欧III、欧IV标准完全相同，从下面的表格中我们可以看到，国标准比国对排放物（PM、NOX）的要求更为严格。,国家环保部发布最新公告，按原计划（2012年1月1日）在北京市、上海市销售和注册的、用于公交、环卫和邮政用途的装用压燃式发动机汽车，实施国四标准，停止销售和注册登记不符合国标准要求的相关车辆；自2013年7月1日起，所有生产、进口、销售和注册登记的车用压燃式发动机与汽车必须符合国标准的要求。,二，国排放技术路线介绍汽车排放污染物主要有HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，压燃式柴油机由于柴油及其燃烧方式的特征，排放的HC、CO相对汽油机少很多，但排放的NOx和PM大量并存。因此，柴油机排放控制的重点应该是降低颗粒物和NOx的排放量。为了满足欧及以上排放要求，柴油机单靠燃烧改进等机内净化技术已经很难满足越来越严格的排放法规，尾气必须通过柴油机外的排放后处理装置才能达标。根据汽车工业发达国家的发展经验，当前主要有两条技术路线：EGR+DPF/DOC路线（美国路线）优化燃烧+SCR路线（欧洲路线）,1，EGR+DPF技术路线EGR的工作原理是少部分废气经EGR阀进入进气系统，将一部分排气循进气管与新鲜空气混合后进入汽缸燃烧，废气中的CO2可以增加混合气的热容量，降低燃烧时的最高温度，抑制NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量，同时，对于产生的PM（固体微粒）则通过DPF（微粒捕集器）或DOC等后处理方法过滤掉。,2，优化燃烧+SCR技术路线SCR的工作原理是首先通过调整喷射软件及其它措施，在发动机汽缸内让其充分燃烧，使本机PM排放达到国。对于产生的NOx，在车辆的排气系统中加上一套电控尿素喷射系统，通过“选择性催化还原”过程，将废气中的NOx转化成氮气和水排出车外。,3，两种技术路线的比较,4、国外重卡企业技术路线,5、国内重卡企业技术路线SCR,解放,东风,重汽,欧曼,三，我公司国产品特点1、陕汽国进展经过对SCR、EGR两种技术实现方案进行对比分析，并结合我国国情，我公司联合康明斯、潍柴确定陕汽国车型采用SCR技术路线，从2007年开始，便开始康明斯国产品的开发工作，截至2011年年底，我公司已完成了康明斯国主销车型的设计开发、试制、试验及样车试销，潍柴系列主销车型的设计开发、试制试验、生产准备及小批量验证，目前已能满足市场的批量需求目前产品已覆盖德龙F3000牵引车、自卸车、载货车、搅拌车及其他专用车，WP10、WP12、ISM发动机，奥龙系列覆盖牵引车、自卸车、载货车、搅拌车及其他专用车，WP10发动机；M3000系列覆盖牵引车、自卸车、载货车，WP10发动机。,2、我公司国产品系谱：,3，国相比较国新增加的主要零部件1）、尿素箱及其安装、固定支架2）、尿素喷射泵、固定支架3）、尿素喷嘴、固定支座4）、SCR后处理器（具消声功能）5）、尿素流动管路及辅助加热装置6）、尿素箱尿素加热管路7）、断水电磁阀8）、空气滤清器（康明斯）10）、各种传感器（OBD、温度等）,进液管回液管喷射管,计量泵,上下支架,尾气后处理器,支架,隔热板,油气分离器,尿素箱,支架,喷嘴、喷射底座及固定螺母,排气管,储气筒,回液管,进液管,喷射管,水管及接头,发动机,4，国后处理系统在整车上的布置特点国车型的整车布置相对于国车型，重点在于尿素箱、SCR箱、尿素泵的布置，因为国后处理系统的开发采用模块化开发的方式，因此在整车上的布置也具有系列化的特点：尿素箱统一布置在油箱前，便于加液，SCR箱布置在左纵梁一轴之后，双前轴车辆布置在二轴后，尿素计量泵统一布置在车架内侧第一横梁位置。,康明斯,潍柴,牵引车：,自卸车：,四，我公司国产品后处理系统特点1、潍柴国后处理系统的组成潍柴SCR系统主要包括控制单元、尿素的供给与喷射单元和催化还原反应单元三个部分，系统组成及布局如下图所示。控制单元与发动机的控制单元（ECU）集成在一起，主要是用来完成尿素的供给与喷射单元、催化还原反应单元及发动机之间的通讯连接和控制；尿素的供给与喷射单元主要包括尿素箱、尿素泵、尿素喷嘴、加热组件及连接管路和线路，用来来完成尿素溶液能够根据需求定时定量地喷射到排气气流中，并保证尿素溶液的充分雾化和分解；催化还原反应单元包括SCR催化转化器、排气连接管及排气温度传感器和NOx传感器等，用来将发动机排气中的主要有害成分氮氧化物还原为氮气。,2、康明斯国后处理系统的组成康明斯国后处理系统的组成及工作原理与潍柴国基本相同,3、SCR系统工作原理当SCR系统工作时，电控单元采集柴油机的转速和扭矩信号、排气管中的排气温度信号、催化器温度信号后电控单元根据输入参数，查找存储的尿素喷射脉谱图，计算出此时所需的尿素量。经过驱动电路，转化为喷射脉冲信号，控制尿素泵动作。尿素泵将一定量的尿素从尿素罐中抽出，加压过滤后送到计量控制单元，形成具有一定压力的尿素待用。当发动机的排气温度达到要求时，计量控制单元将一定量的尿素喷入SCR催化器入口前端。在排气管的混合区，尿素遇高温分解成NH3和H2O，与排气充分混合后进入SCR反映装置。在催化反应区，NH3和NOx反应生成N2和H2O，排到大气中。,4、化学反应原理采用尿素水溶液作为还原剂，尿素在高温下分解成成NH3和CO2，产生的NH3作为还原剂，将废气中的NOx还原成N2的过程。,SCR：SelectiveCatalyticReduction尿素水解为氨气：（尿素喷射系统）(NH2)2CO+H2O2NH3+CO2(要求温度200以上)SCR后处理反应：（SCR催化转化器）NO+NO2+2NH32N2+3H2O4NO+O2+4NH34N2+6H2O2NO2+O2+4NH33N2+6H2O,5、催化消声器我公司国车型使用的催化消声器是一个集催化器和消声器于一体的催化消声装置（还可根据需要集成大箱底板加热功能），代替了传统的消声器系统。催化消声器内部有三个串联并相互独立的单元组成，包括氨扩散器、催化器和消声器。扩散器负责将带有氨的排气均匀的分布在催化器的表面，催化器负责加速NOX的还原，消声器消除发动机排气系统的噪音。为了防止氨气腐蚀，催化消声器整体采用不锈钢材料制造，其内部催化器工作过程中需要表面最低温度达到200，因此布置时应尽量靠近发动机，催化器入口必须位于距增压器出口14m的地方。催化器前后设有两个温度传感器，用于检测催化器前后温度，以此来判断催化器表面温度，确定AdBlue（尿素水溶液）的喷射量。,为了防止催化消声器内部陶瓷载体免受剧烈震动，安装系统需要采取减震设计，催化消声器支架与车辆大梁之间需要使用弹性减震装置。涡轮增压器出口和催化消声器之间使用金属软管链接，可使催化消声器内的催化器免受震动。,陶瓷载体,我公司使用的SCR箱,SCR后处理的外形一般有方形、圆形两种，方形结构一般用于重型车辆，圆形结构一般用于轻型卡车、客车。可以根据整车布置要求定制，但需要一定的研发周期和远高于国三消声器的费用。,6、尿素箱尿素箱采用聚乙烯材料，具有坚实可靠，耐腐蚀性强，结构简单，使用方便等特点。SCR系统所使用的是32.5%（按重量混比）的尿素水溶液，也叫添蓝。尿素箱的体积由尿素水溶液用量决定，对于欧4系统，用量相当于燃油消耗量的5%，例如400L柴油大约消耗20L尿素溶液，我公司目前采用的尿素箱有效容积为62L。对于欧五系统，用量是燃油消耗量的7%。尿素水溶液在-11时开始结冰，结冰时体积将膨胀9%，因此尿素箱内将提供10%的膨胀容积，。,尿素箱还提供了液位和温度感应装置。系统诊断、空罐指示、尿素用量监控和驱动仪表板仪表都需要有连续的液位传感器。当尿素箱内液位到最低点以下时，将发出液位警告。如果尿素箱变空，将发出空罐警告。液位传感器能检测出3.0升的尿素箱容积变化。溶液温度传感器将监测尿素水溶液的温度，以确定何时启动尿素箱加热器，以及检测加热器工作是否正常和过热。如果溶液温度低于0摄氏度，将启动加热器，在温度升到7摄氏度之前加热器将保持打开。尿素箱上部设有通气阀，用于平衡尿素箱内外气体压力。尿素箱内装有尿素溶液粗滤器，以防止大于0.1mm的大颗粒进入喷射系统。尿素箱的底部设有残液放出螺栓孔。,尿素箱安装与油箱同侧，距离油箱近一些，方便加液。但不能贴在一起，因为油箱温度较高，有可能加热尿素溶液，引起其性质变化，造成后处理系统不能正常工作。罐体要采用竖直布置形式，上方留出空间便于清洗罐中的滤清器，同时尿素溶液的加注口应朝外，便于加液。尿素箱布置要远离热源，布置时留出尿素管路走向空间。尿素箱不能布置在整车的最低点，采用支架给尿素箱以支撑。,7、计量泵（尿素供给单元）计量泵上分布有一个来自尿素箱的尿素进液口、一个通往喷嘴的尿素出液口和一个通往尿素箱的尿素回液口。系统正常运行时，打开钥匙后能听到泵运转时发出的短促的声音，计量泵内部开始运转，当发动机起动时，泵进入“起动加注”模式，尿素通过供给管输送，通过回流管回到罐中，这个过程至少持续30s。当排气温度达到200时，ECU控制计量泵开始喷射尿素溶液。计量泵工作时需要散热，所以要注意此部分的通风，不能靠近排气管、催化消声器、增压器等热源太近。计量泵与喷嘴之间的接管应使用软管，以允许其和排气管之间的相对震动。当起动钥匙关闭后，康明斯计量泵会继续运转30s,利用压缩空气将管路中的尿素溶液吹净，避免因尿素溶液结晶而造成管路堵塞，潍柴计量泵是非压缩气清洁系统，需30s左右钥匙关闭通电清洁。,康明斯尿素喷射泵,潍柴尿素喷射泵,计量泵的安装位置的震动加速度需小于6G，如不满足要求需使用减震垫。计量泵只能安装在一个方向上，在底盘上的位置必须保证Z轴垂直，使用四个螺栓固定（潍柴用三个螺栓），安装平面度要求0.5毫米以内。在车辆上安装时，计量泵一般不需要专门防护。建议将其安装在雨水飞溅和泥污较少的位置，避免过多的暴露或对电器接头和液体接头造成潜在的损坏。如果计量泵位于容易受损的位置，须有防护罩。,8、尿素喷嘴（尿素喷射单元）康明斯：喷嘴具有四个直径为0.5mm的孔，具有径向喷雾排列形状。喷嘴在管内必须居中且最好安装在直的排气管上，但可以安装在与排气管中心线垂直的任意径向角度。最好能将喷嘴放在最不容易受到路面损坏的地方。喷嘴的安装点距催化消声器入口端不少于440mm。喷嘴不应位于弯管下游150mm和上游100mm的范围内。潍柴：喷嘴有三个喷孔，安装位置如图，其他与康明斯类似。,潍柴尿素喷嘴,康明斯尿素喷嘴,9、尿素管路,10、排气管配套要求尿素对普通钢材有一定的腐蚀性，再加上高温，会急剧侵蚀低碳钢部件。所以喷嘴安装位置上游200mm到催化转化器的排气管路要使用304或439级不锈钢材料，喷嘴底座和紧固螺栓材料也要求采用相同或相似金属材料；为降低尿素在排气管壁上沉积的可能性，排气管内壁一定要光滑；排气管路走向顺畅，排气管拐弯位置应有较大的圆角过渡，不应和其他零部件干涉。排气管路附近的线束、制动管路应由耐热材料包裹或安装隔热装置。,五、国电器系统特点1，国发动机电气系统的架构1）潍柴发动机牵引车：牵引车采用CAN总线系统，即车身控制器+CAN总线仪表的电气控制系统，仪表与发动机的信息交换，均通过CAN报文进行。车身的灯光控制、雨刮控制、整车气压信号的采集、车速信号的采集、油量信号的采集、整车上故障诊断等等功能通过车身控制器完成。自卸车、载货车、及水泥搅拌车：整车的电气采用传统的继电器控制线路+带CAN接口步进电机仪表的电气系统。即发动机的转速、水温、油压、尿素液位、及后处理的各种信息都通过CAN报文发送给仪表。仪表采集车速信号，将车速信号发送到CAN总线上，发动机从CAN总线上读取车速信号，进行发动机的逻辑运算。,2）Cummins发动机整车的电气采用传统的继电器控制线路+带CAN接口步进电机仪表的电气系统。即发动机的转速、水温、油压、尿素液位、及后处理的各种信息都通过CAN报文发送给仪表。仪表采集车速信号，将车速信号发送到CAN总线上，发动机从CAN总线上读取车速信号，进行发动机的逻辑运算。,2、国电器系统专用件,1）仪表：相对于国的仪表，国的仪表主要增加了尿素液位表，如右图所示：信号灯增加了后处理相关的故障指示灯，即法规要求的MI灯：2）尿素管路加热继电器模块,3）尿素管路加热电气线路加热控制由一个主继电器和四个控制继电器组成。继电器盒子和继电器的工作温度范围为-4080。继电器的工作电压为24V，继电器线圈的额定工作电压为直流24V，工作电压范围是直流1832V。继电器触点材料电阻的差异不应随温度的变化而变化太大，继电器线圈电阻范围1003000。4）排气温度传感器潍柴发动机：温度传感器的安装位置，排气温度传感器布置在SCR催化转化器的上游，因此，将温度传感器固定在催化转化器的上游连接管的温度传感器座上。Cummins发动机：SCR催化转化器的上游和下游均装有排气温度传感器,5）环境温度传感器：由于环境温度传感器的主要作用是为ECU系统提供外界温度条件，以对尿素加热是否需要加热及加热要求进行判断，因此，其布置位置远离热源和污泥的重度污染区，以便能够真实反映外界温度情况。环境温度传感器的电器参数：输入电压为5V，ECU内部电路保护电阻阻值为1.0k6）NOx传感器NOx传感器在尾气管上的倾斜角度推荐为9010，传感器及传感器ECU的安装位置如下图所示：,7）尿素箱加热水阀当电控单元通过尿素箱温度传感器感应到尿素温度低于一定程度，判断出尿素箱内尿素溶液需要加热，通电打开电磁阀。使温度较高的发动机冷却液流入尿素箱换热器管路内与温度较低的尿素溶液进行换热，从而使尿素吸液口附近的尿素溶液保持为液态。冷却液电磁阀工作参数要求：工作环境温度为-4080，电流最大值为10A，输入电压24V，最小电阻6（低于28.5V时）,3、OBD系统OBD是用于控制车辆排放的一种在线监测诊断系统，它能够检测到影响车辆排放的故障的发生并通过存储相关的故障代码指示故障可能发生的区域及原因。潍柴国OBD系统的监测内容：后处理系统的完整性：后处理系统的部分缺失（零部件，包括：尿素溶液的质量、尿素加热装置、尿素泵、尿素泵及尿素管路加热装置、尿素喷嘴、NOX传感器、尿素液位和温度传感器、SCR箱上下游温度传感器等等与排放相关的元器件）或是整个系统的完全缺失或拆除；SCR系统功能性故障：OBD系统需要能够监测整个后处理系统中所有与排放相关的元器件的故障，包括尿素泵、尿素喷射阀、喷射压力、尿素流量、加热阀、加热继电器、各传感器短路、断路、传感器可信性、元器件间电气连接以及其它可能影响排放的故障。,反应试剂尿素的控制监测：在汽车仪表盘上设有尿素液位指示的仪表。用来通知驾驶员尿素箱内尿素的剩余量，当反应剂贮量出现以下情况之一时，仪表中间的尿素液位报警灯（如图：）点亮：a）尿素贮量低于尿素罐10%的容量；b）尿素剩余量能行驶的距离小于燃油箱内剩余燃料所能行驶的距离。,发动机系统的NOx控制安装在排气尾管上的NOx传感器用来监测尾气中NOx的排放水平，当NOx排放超过5.0g/（kWh）规定时，会激活故障指示灯MI来通知驾驶员。当NOx排放超过7.0g/（kWh）这个限值时，扭矩限制器将会被激活，来降低发动机性能，这