欧Ⅳ客车底盘SCR后处理系统的设计与应用

1、欧W客车底盘SCR后处理系统的设计与应用?设计?计算?研究?欧W客车底盘SCR后处理系统的设计与应用杜明德王伟涛赵海燕（陕西欧舒特汽车股份有限公司技术中心 ）摘要：本文首先介绍了欧W客车底盘SCR后处理系统，其次通过对该系统在SX6125CA 和 SX6112E,:SX6124LN93R三款欧W客车上的设计和应用，提出了欧W客车底盘 SCR后处理 系统设计的一般性原则 .关键字:欧W客车;SCR后处理系统；排气系统;设计与应用Abstract-Thisarticleintroducestheback processsystemoftheSCRinEuroiv-buschassisFirst,s

2、econdwiththe designandapplicationtothissystemattheSX6125CAandSX6112E,SX6124LN93Rofthet hreeEuroivbus,gives somegeneralprinciplestotheback-processsystemoftheSCRinEuroIVbuschassis.Keywords:Euroivbus；ProcesssystemoftheSCR；Exhaustsystem；DesignandApplication 随着全球气候 ,环境的不断恶化 ,环境保护已 成为全人类所面临的最严峻的问题 .然而汽车作为

3、 现代人类最主要的交通工具 ,它的碳排放量却是气 候,环境恶化的最主要因素 .因此应世界环境组织的要求 ,各个国家的汽车行业对尾气排放提出了严格的要求 .我国是一个拥有 l3 亿人口的发展中国 家,2009年的汽车保有量已达 6900多万辆,而且 近几年的新车销售量都在 900万辆左右 ,因此为了 保护环境 ,减少碳排放量 ,我国的汽车尾气排放达到欧W标准已成必然，2009年年底我国已经停止对国I U排放公告的申报更加证实了这一点欧舒特 公司作为国内专业生产客车底盘的厂家之一 ，2008 年已经生产出供北京公交使用的 300台SX6112E底盘(欧IV)和供奥运期间使用的SX6125CA底盘.

4、 投入运营后 ，效果良好 .N0+N02+2NH34NO+Oz+4NH3 一 >4Nz+6Hz0;>2N2+3H20:2NO2+02+4NH3 >3N2+6H2O二, SCR后处理系统的构成SCR 后处理系统由催化消声器 尾气处理器 (EGP),计 量泵 ，喷嘴，尿素罐 ，冷却水电磁阀 ， 混合器 ，后处理控制单元及相应管路和线束构成 如图 1 所示 :l,SCR后处理系统工作原理欧W排放后处理系统(SCR)是优化发动机的颗粒物排放，其中SCR是Selective(选择性)， Catalytic(催化),Reductio n(还原)的英文缩 写,利用选择性催化还原(SCR)排

5、气后处理系统 处理氮氧化物(N0 x)的技术，用尿素作还原剂， 尿素与水按一定比例混合后形成的溶液称为添蓝 (AdBlue)， 添蓝在高温下分解成 NH3 和 C02.在SCR催化器中NH3和尾气中的NO和NO2反 应产生氮气和水 ，排出到大气 :24.图 1SCR 后处理系统的构成三, SX6125CA底盘SCR后处理系统的设计SX6125CA是欧舒特自主研发的一款全新的欧 W城市双层公交后置低地板底盘.该底盘车架采用 三段式模块焊接结构 ,由于整车为双层 ,质心较高 , 所以底盘选用三轴式设计 ,与以往两轴底盘相比 , 整车的承载量更大 ,转弯半径更小 .三个轴都采用 汽车实用技术?设计?

6、计算?研究?盘式制动器 ,第三轴带有随动转向机构 ;悬挂系采 用 8 气囊空气悬挂 .该底盘是北京奥运会指定双层 公交底盘 ,整车为北京京华客车有限公司研发制 造.该底盘匹配玉柴YC6L240-42欧W发动机，因整 车空间限制 ,需将空气滤清器与后处理系统及空调 压缩机布置在车架同一侧 .因后处理系统部件较 多,因此后处理系统空间布置比较困难 ,下文将根 据后处理系统设计原则及该底盘的布置型式具体 阐述.后处理系统时应遵循以下原则 :最大总系统排 气背压应满足发动机的要求 ;后处理系统的合理布 局;保护催化消声器免受振动 ;防止涡轮增压器过 载;降噪要求 ;维修方便性等因素 .催化消声器的保护

7、 :通过排气管总成增加柔性 管,其作用 :排气管总成中的柔性管部分不是用来 调整排气部分的误差 ,而是用来保护隔绝固定安装 的催化消声器 ,不受发动机摇摆及排气系统热膨胀 的影响 :固定催化消声器的支架采用橡胶减震块连 接,保护催化消声器内的催化器免受来自车架纵梁 的振动 ;在发动机上安装一个支架固定排气管 ,避免涡 轮增压器过载 .为了达到环保要求，该车排气系统采用了欧W 排放后处理系统(SCR),催化消声器目前为发动 机厂家配带 ,后续对催化消声器的选型不再叙述 , 该系统设计安装图如图 2,图3 所示:t乏II IIHII噱糕鹣lit按i静I馘kl蠊懈娃娃图2后处理系统(SCR)安装图1

8、2010 年第 I 期图3后处理系统(SCR)安装图2该车投入运营后 ,从 2008 年北京奥运到目前 为止 ,整车及后处理系统运行良好 .四, SCR后处理系统各部件在设计中应注意的问题1,SCR后处理系统中各部件安装的相对位置要求SCR后处理系统在客车或公交车上，一般计量 泵靠喷嘴安装 .计量泵,尿素罐和喷嘴三者可能的 布置方案如图4所示，图中A和D为推荐的布置形式 这两种布置形式都有利于停机后的添蓝回流 ,并防 止因虹吸而造成添蓝滞留于喷嘴处 .尽量避免图中 B和C的布置形式.哩留鼬 L 1图 4 计量泵 ,尿素罐和喷嘴三者的布置方案B） 从尿素罐至计量泵的添蓝管：不利于空气 将从添蓝管

9、中完全排净 .易形成空气截留区 .C） 从计量泵至喷嘴的添蓝管：易形成添蓝的 截留 ,导致添蓝蒸发形成结晶 .25.? 设计?计算?研究?2,处理好添蓝管长度 ,耐腐蚀SCR后处理系统有三条添蓝管，分别为:从尿 素罐到计量泵 ,从计量泵到喷嘴 ,从喷嘴回到尿素 罐.添蓝管两端安装的是 SAE 标准的快速接头 .尿 素罐到计量泵之间的管道长度要求小于 3 米,计量 泵到喷嘴的管道长度要求小于 2 米.车辆布置要合 理布置计量泵和喷嘴的位置 ,使管道长度尽可能的 短,以达到后处理系统尽可能好的运行效果 . 添蓝管是连接尿素罐 ,计量泵,喷嘴以供添蓝 在系统内部流动的管路 ,要求材质耐添蓝腐蚀 .在

10、 与喷嘴相连的 热端,管路应具有耐高温性 .管 的内衬应为 PTFE 材料,以减少尿素结晶附着在管 壁上的危险 .同时需要一定的强度 ,避免因为抽吸 产生的真空而被吸扁 . 添蓝管易与气管路用的气管 （PVC 管）路相混 , 而气管路不耐添蓝腐蚀 ,若使用错误 ,尿素结晶附 着在管壁上 ,造成管路堵塞 .因此添蓝管不能用气 管路用的气管 （PVC 管）替代,物料的管理上应有 明显的标示 ,以示区别,避免混用.3,解决添蓝结冰和结晶的问题添蓝的特性：添蓝在一 11.C时开始结冰.解 冻时,添蓝返回正常溶液状态 .溶液过度加热会因 蒸发而导致浓度过高 ,极端情况下生成晶体 ,加热 系统尽可能采用恒

11、温调节 ;为避免发生添蓝结冰或 结晶问题，添蓝保持在其冻结点以上至少15 C , 这将使系统潮湿部分保持在+4C .SCR后处理系统中最易冻结的部分是尿素罐与 计量泵间的外部管路和管接头 .如果不注意加热和 隔热,无论是否提供尿素罐加热 ,裸露的管路和管 接头将冻结 ,当添蓝温度高时形成晶体 ,阻止添蓝 流动.对于正常情况下寒冷天气持续周期长的地区 , 添蓝结冰,SCR后处理系统不能正常工作是难以接 受的 .寒冷天气中运行要求对添蓝管路加热 .如果 使用发动机冷却液作为加热介质 ,如图所示 ,要调 节冷却液流量，以保证发动机不会在低于70 C 的温度下长时间运转 .因冷却液加热介质的温度受 尿

12、素罐内添蓝温度控制 ,三条添蓝管每条分别与加 热管包裹在一起 ,外围包裹隔热材料 ,如图所示 , 易造成添蓝管内的添蓝温度会持续升高 ,极端情况 下形成晶体,导致管路堵塞 .因空间限制,有时添 26.蓝管管路很长 ,不能保证添蓝管管路从尿素罐出液 口到计量泵添蓝入口一路上行 ,出现局部拱形 ,形 成空气截留区 .同时计量泵和喷嘴接头处加热管不 易连接,发生添蓝结冰 .如图 5,图 6 所示： 图5添蓝管结构图图 6 添蓝管结构图 采用带电加热的管路系统总成 ,解决了恒温调 节的问题 .结构如图 6 所示,保温层为附带自动控 温电加热功能 ,保证添蓝管的温度基本恒定 ,最高 限制温度 <7

13、oC, 外围保温层 ,保证温度不扩散 : 该结构解决了计量泵和喷嘴接头处加热管不易连 接的问题 ;因该结构管路相对较轻且有一定的刚 度 ,易于排除局部拱形的现象 ,避免形成空气截留 区.4,排气管路的设计 尽可能的减小排气背压 ,影响其因素有 :排气 管合理布局 ,排气管管径大小及折弯半径 ;在空间 允许的情况下 ,尽可能减少排气管折弯 ,沿排气气 流方向 ,增压器废气出口到催化消声器进气口之间 的排气管管径应逐渐变大而不能减小 ,以避免排气 背压的损失 .因催化消声器发动机厂家配带 ,气管 汽车实用技术?设计?计算?研究? 管径大小以催化消声器的进气口确定 . 排气管的要求 :从喷嘴上游 2

14、00 唧处开始到 下游催化器入口处的后处理系统管路必须采用 304或 439级不锈钢.因为添蓝具有腐蚀性 ,在 高温的作用下 ,会急剧侵蚀低碳钢部件 .喷嘴上游 超过 200mm 的管路可以用铸铁或钢制构件制造 . 喷嘴最好比催化消声器入口高 ,喷嘴离催化器 入口尽量远 ,其长度至少要大于 450毫米 ,以达到 雾化的添蓝与排气管内的气体有良好的混合效果 , 喷嘴要求安装在排气管的直管段 ,沿排气气流方 向 ,上游 150ram 和下游 200ram 范围内不能有弯头和变 径 ,柔性管下端面安装在喷嘴上游 lOOmm 以上的范 围内,因为弯头或变径或柔性管引起的紊流会引起 排气管内的局部气流流

15、动速度低 ,从而导致添蓝聚 集于此 ,水份蒸发后造成尿素结晶 ,进而堵塞排气 管 ,引起发动机严重故障 .为减少在喷嘴和催化器 之间的后处理系统管路中形成固态沉积物的风险 , 避免尿素结晶 ,喷嘴下游的焊缝管道内壁一定要光 滑平整 ,不能有高于 imm 的突起和飞边 ,喷嘴与催 化器之间不能使用内壁凹凸不平的管接头 ;按气流 的方向 ,柔性管必须布置在喷嘴的上方 . 消声效果的控制 :增压器废气出口到消声器进 气口之间的排气管管长与排气尾管的长度的比例 , 其比之的大小影响后处理系统的消声效果 ,如图 7 所示 :后处理系统总长 A=AI+A2+A3 根据经验和试验结果 ,当 AI/A3=2 时,消声效 果最好;当Al/A3=4时,消声效果较差；当A1/A3=1 时,消声效果差;排气管路设计安装的的推荐如下 : 2010 年第 l 期1) A1/A理想的取值区间：00.21,0.370.47,0.600.72,0.85O.94.2) A1/A 尽可能避免