欧IV排放柴油机的基本知识介绍

1、欧欧IV排放柴油机及节能减排排放柴油机及节能减排基本知识讲座基本知识讲座 2对柴油机的排放中最难处理的问题是：对柴油机的排放中最难处理的问题是： 浮游粒子（颗粒、PM） 氮氧化物（NOX）到目前为止，还没到目前为止，还没有一种有效的技术有一种有效的技术措施可以使柴油机措施可以使柴油机的颗粒排放（的颗粒排放（PM）和和NOX同时降低。同时降低。（对于汽油机来说，（对于汽油机来说，使用三元催化剂以使用三元催化剂以后，后，CO、HC和和NOX可以同时高可以同时高效率的除去，效率的除去，PM几乎没有）几乎没有）3排放法规与进程排放法规与进程4直列泵直列泵电控燃油系统电控燃油系统EGRDPF/POCSC

2、R车用柴油机排放法规及对策车用柴油机排放法规及对策5 中重型车用柴油机实现欧IV应具有的基本条件： 中重型车用欧中重型车用欧IVIV柴油机必须建立在一台有良好基础柴油机必须建立在一台有良好基础的电控欧的电控欧IIIIII发动机基础上。发动机基础上。 实现欧IV的两条主要技术路线： 要实现欧要实现欧IVIV对对NOXNOX和和PMPM都较低的限值，目前有两条技术都较低的限值，目前有两条技术路线：路线： 其一是先通过喷射系统优化和喷射定时提前以降低颗其一是先通过喷射系统优化和喷射定时提前以降低颗粒物，再使用粒物，再使用SCRSCR来降低因燃烧优化而产生的来降低因燃烧优化而产生的NOXNOX排放；排

3、放； 其二是其二是EGR+DPFEGR+DPF路线，即先通过废气再循环降低排放路线，即先通过废气再循环降低排放中中NOXNOX的成份，再用颗粒捕集器捕集因使用的成份，再用颗粒捕集器捕集因使用EGREGR而略有增加而略有增加的颗粒物，从而达到同时降低的颗粒物，从而达到同时降低NOXNOX和和PMPM的效果。的效果。 6SCRSCR技术介绍技术介绍7SCR SCR 技术工作原理：SCRSCR= =S Selectiveelective（选择性）（选择性）、C Catalyticatalytic（催化）（催化）、R Reductioneduction（还原）还原） 排气从增压器涡轮流出后进入排气管中

4、，同时由安装在排气管上的尿素喷射装排气从增压器涡轮流出后进入排气管中，同时由安装在排气管上的尿素喷射装置将定量的尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中，尿素液滴在高温废气作用下置将定量的尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中，尿素液滴在高温废气作用下发生水解和热解反应，生成所需要的还原剂氨气发生水解和热解反应，生成所需要的还原剂氨气NH3NH3，NH3 NH3 在催化剂的作用下在催化剂的作用下将氮氧化物将氮氧化物NOx NOx 有选择性地还原为氮气有选择性地还原为氮气N2N2。 8 尿素（尿素（ NH2CONH2NH2CONH2）加）加H2O H2O 后在高温下分解成后在高温下分解成NH3NH3 和和CO

5、2CO2，此反应，此反应不需要不需要催化条件催化条件即可完成：即可完成： NH2CONH2+H2O2NH3+CO2NH2CONH2+H2O2NH3+CO2 在在 SCR SCR 催化器中的催化器中的NH3 NH3 和排气中的和排气中的NONO、NO2 NO2 反应生成氮气和水：反应生成氮气和水： NO+NO2+2NH32N2+3H2ONO+NO2+2NH32N2+3H2O 4NO+O2+4NH34N2+6H2O 4NO+O2+4NH34N2+6H2O 2NO2+ O2+4NH33N2+6H2O 2NO2+ O2+4NH33N2+6H2O 为防止发动机整个使用寿命过程中氮气的泄露，有时需要在为防

6、止发动机整个使用寿命过程中氮气的泄露，有时需要在SCR SCR 催化器催化器后设置氨氧化催化器，在这个催化器中后设置氨氧化催化器，在这个催化器中NH3 NH3 与与O2 O2 反应生成氮气和水：反应生成氮气和水： 4NH3+3O22N2+6H2O4NH3+3O22N2+6H2O SCRSCR选择性：选择性：催化剂应避免催化剂应避免NH3NH3被氧化为被氧化为NONO 4NH3 +5O2 -4NO+6H2O 4NH3 +5O2 -4NO+6H2O化学反应基理：9SCR SCR 系统构成：1 1、催化转化器（催化转化器（SCRSCR箱、后处理器等）箱、后处理器等）2 2、尿素供给单元、尿素供给单元

7、3 3、尿素喷射单元、尿素喷射单元4 4、尿素箱、尿素箱5 5、管路及线束、管路及线束10SCR系统部件安装要求催化转化器：11尿素箱 尿素箱用于盛装尿素溶液，空重尿素箱用于盛装尿素溶液，空重 3kg3kg，整体材料为塑料，顶部安，整体材料为塑料，顶部安装有传感器和加热器的集成部件，见图。传感器包括液位传感器和温装有传感器和加热器的集成部件，见图。传感器包括液位传感器和温度传感器，可感应液面高度和温度，加热器可利用发动机冷却水的热度传感器，可感应液面高度和温度，加热器可利用发动机冷却水的热量进行解冻。通气阀可用于平衡罐内外气体压力。罐内装有尿素粗滤量进行解冻。通气阀可用于平衡罐内外气体压力。罐

8、内装有尿素粗滤器，以防大于器，以防大于0.1mm 0.1mm 的大颗粒进入喷射系统。罐底设有残液放出螺塞的大颗粒进入喷射系统。罐底设有残液放出螺塞孔。尿素箱加注口应符合欧洲标准孔。尿素箱加注口应符合欧洲标准DIN 70 070DIN 70 070，与油箱口不同，可防，与油箱口不同，可防止加错。止加错。12安装要求 尿素箱一般和尿素箱一般和油箱同侧安装，距离油箱应近一点油箱同侧安装，距离油箱应近一点，方，方便尿素加注。但是二者又便尿素加注。但是二者又不能贴在一起不能贴在一起，因为电控燃油系，因为电控燃油系统的回油造成油箱温度较高，有可能加热尿素，引起尿素统的回油造成油箱温度较高，有可能加热尿素，

9、引起尿素性质变化，造成后处理系统不能正常工作。性质变化，造成后处理系统不能正常工作。13尿素供给单元(BOSCH系统用） 尿素供给单元重约尿素供给单元重约4kg 4kg ，工作环境温度：，工作环境温度：-4080-4080 在尿素水溶液计量装置中，尿素水溶液的喷射与停止是通过计量阀的在尿素水溶液计量装置中，尿素水溶液的喷射与停止是通过计量阀的开启和关闭来控制的。流量的大小可以通过改变计量阀动作时间的长短得开启和关闭来控制的。流量的大小可以通过改变计量阀动作时间的长短得到调整。水溶液流量的方式来实现喷射量的控制，计量阀的动作开启时间到调整。水溶液流量的方式来实现喷射量的控制，计量阀的动作开启时间

10、由脉宽指令进行控制。尿素供给单元内部集成尿素泵、滤清器、加热器、由脉宽指令进行控制。尿素供给单元内部集成尿素泵、滤清器、加热器、剂量控制器（剂量控制器（DCUDCU），该单元有二个尿素接口和），该单元有二个尿素接口和DCU DCU 电器接头。尿素供给电器接头。尿素供给单元供液能力单元供液能力20kg/h20kg/h，压力，压力5bar5bar。允许的尿素温度为。允许的尿素温度为-570-570。14计量喷射泵计量喷射泵（康明斯机型及玉柴单体泵机型用）康明斯机型及玉柴单体泵机型用） 计量喷射泵工作环境温度：计量喷射泵工作环境温度：-40-408080，重约，重约4.64.6公斤。公斤。 计量喷射

11、泵内部集成计量泵、压缩空气电磁阀、加热器、控制器。该单计量喷射泵内部集成计量泵、压缩空气电磁阀、加热器、控制器。该单元有四个液体元有四个液体/ /空气接头和两个电器接头，液体空气接头和两个电器接头，液体/ /空气接头从顶部顺时针依次空气接头从顶部顺时针依次为：压缩空气入口、喷嘴接口、添蓝入口、添蓝回液口。两个电器接口：压为：压缩空气入口、喷嘴接口、添蓝入口、添蓝回液口。两个电器接口：压缩空气电磁阀缩空气电磁阀4 4针电器接头和针电器接头和3737针主电器接头，针主电器接头，3737针接头包括了蓄电池电源针接头包括了蓄电池电源接口、点火开关、空气电磁阀正负极和接口、点火开关、空气电磁阀正负极和J

12、1939J1939高、低和屏蔽端子。寒冷季节，高、低和屏蔽端子。寒冷季节，计量喷射泵可控制内部加热器自动加热，以防添蓝结冰。计量喷射泵可控制内部加热器自动加热，以防添蓝结冰。15尿素喷射单元（BOSCH系统用）尿素喷射单元（尿素喷射单元（Dosing Dosing ModuleModule）也称喷嘴，结构见）也称喷嘴，结构见图，其作用是在图，其作用是在DCU DCU 的控制的控制下将尿素按照所需要的量成下将尿素按照所需要的量成雾状喷到排气管中。喷嘴的雾状喷到排气管中。喷嘴的主体是一个电磁阀，周围包主体是一个电磁阀，周围包围着尿素流道，起到冷却作围着尿素流道，起到冷却作用，另外上端设有尿素的进、

13、用，另外上端设有尿素的进、回液口，侧面设有电器接口，回液口，侧面设有电器接口，外围设有隔热罩。喷嘴工作外围设有隔热罩。喷嘴工作环境温度范围环境温度范围-4080-4080，重，重约约0.25kg0.25kg。因为尿素对普通。因为尿素对普通钢材有一定的腐蚀性，所以钢材有一定的腐蚀性，所以喷嘴安装位置上游喷嘴安装位置上游200mm 200mm 到到催化转化器的管路要使用不催化转化器的管路要使用不锈钢材料。锈钢材料。16尿素喷嘴尿素喷嘴（康明斯机型及玉柴单体泵机型用）（康明斯机型及玉柴单体泵机型用） 尿素喷嘴是一个不锈钢喷射器，安装在排气管上，重约尿素喷嘴是一个不锈钢喷射器，安装在排气管上，重约0.

14、060.06公斤。公斤。作用是将计量喷射泵送来的尿素与空气混合物顺流喷入排气管，并使喷作用是将计量喷射泵送来的尿素与空气混合物顺流喷入排气管，并使喷出的尿素均匀雾化。出的尿素均匀雾化。17SCR特性还原剂-200204060801001201400102030405060708090100Weight Percent Urea in WaterTemperature C32.5%尿素水溶液，冰点-11，消耗量约为燃油的5%18SCRSCR特性转化效率与氨溢出量特性转化效率与氨溢出量 原机原机NOx排放应排放应10 g/kw.h 转化效率达到转化效率达到65%可满足国可满足国IV 转化效率达到转

15、化效率达到80%可满足国可满足国V 氨溢出量应氨溢出量应25 ppm19EGR+DOC+POCEGR：Exhaust Gas Recirculation（废气再循环）（废气再循环）DOC：Diesel Oxidation Catalyst (柴油机氧化催化柴油机氧化催化) POC: Particulate Oxidation Catalyst (颗粒氧化催化颗粒氧化催化) EGREGR欧欧IVIV技术技术( EGR EU IV technology)( EGR EU IV technology)20EGREGR工作原理：工作原理： NOXNOX产生是由于高温、高压、富氧情况下，进气中的氧气与氮

16、气的化学反应。通产生是由于高温、高压、富氧情况下，进气中的氧气与氮气的化学反应。通过增大过增大EGREGR率，使经过冷却的废气与进气混合可以降低缸内氧气浓度和缸内气体温率，使经过冷却的废气与进气混合可以降低缸内氧气浓度和缸内气体温度，进而减少与氮气的反应度，进而减少与氮气的反应, ,结合点火延迟也降低了压力的峰值，从而在燃烧过程结合点火延迟也降低了压力的峰值，从而在燃烧过程中降低气体最高温度的同时可使中降低气体最高温度的同时可使NOXNOX排放降低，但会使排放降低，但会使PMPM排放增加。排放增加。 EGREGR可有效地降低可有效地降低NOXNOX排放，但随着排放，但随着EGREGR率增加，缸

17、内较低的氧气浓度将会增加率增加，缸内较低的氧气浓度将会增加颗粒物的排放，并使发动机的排气烟度增加，在中小负荷时烟度值比较小，而大负颗粒物的排放，并使发动机的排气烟度增加，在中小负荷时烟度值比较小，而大负荷时会使柴油机的排气烟度增大，所以为达到欧荷时会使柴油机的排气烟度增大，所以为达到欧IVIV排放限值，排放限值，EGREGR率一般控制在率一般控制在15%15%以内，同时还需配合使用以内，同时还需配合使用DPFDPF微粒捕集器。然而这项技术却潜伏着危险：一方面燃微粒捕集器。然而这项技术却潜伏着危险：一方面燃料中的硫会使微粒捕集系统中毒失效；另一方面，废气中含有的灰分会逐渐地堵塞料中的硫会使微粒捕

18、集系统中毒失效；另一方面，废气中含有的灰分会逐渐地堵塞捕集器，增加排气背压，使油耗恶化。因此，有时在捕集器，增加排气背压，使油耗恶化。因此，有时在DPFDPF的上游增加一个氧化催化的上游增加一个氧化催化转换器（转换器（DOCDOC），其基质用贵金属如白金涂层，就能够改进再生过程的效率，还将），其基质用贵金属如白金涂层，就能够改进再生过程的效率，还将进一步降低进一步降低HCHC的排放。这一技术它不适合停车起动操作，因为此时发动机排温不可的排放。这一技术它不适合停车起动操作，因为此时发动机排温不可能达到能达到300300，废气中的黑烟无法在颗粒过滤器中燃烧，同时还存在过滤器堵塞的，废气中的黑烟无法

19、在颗粒过滤器中燃烧，同时还存在过滤器堵塞的危险。它更适合发动机排温高而且比较稳定的长途运输使用。为使危险。它更适合发动机排温高而且比较稳定的长途运输使用。为使EGREGR更有效，更有效，EGREGR冷却系统和散热器必须比普通的大冷却系统和散热器必须比普通的大, , 这条路线对燃油品质的要求更高，要求硫含量达到低于这条路线对燃油品质的要求更高，要求硫含量达到低于505010-610-6的水平，理想的水平，理想的情况要求达到的情况要求达到101010-6-1510-6-1510-610-6的水平，这对于我国的石油工业要在目前达到的水平，这对于我国的石油工业要在目前达到这一要求似有困难。另外，要在柴

20、油机上实现微粒捕集器的再生，一般需要附加能这一要求似有困难。另外，要在柴油机上实现微粒捕集器的再生，一般需要附加能源，例如用燃烧器加热、电阻加热或微波加热，这些也在一定程度上增加了这一路源，例如用燃烧器加热、电阻加热或微波加热，这些也在一定程度上增加了这一路线的油耗和系统成本。线的油耗和系统成本。212223POC作用作用24DOC+POCDOC+POC降低颗粒降低颗粒25EGREGR系统组成系统组成EGREGR系统组成系统组成: :1 EGR1 EGR阀阀2 EGR2 EGR控制器控制器3 EGR3 EGR冷却器冷却器4 REED4 REED弹簧片阀弹簧片阀5 EGR5 EGR混合器混合器6

21、 6 传感器等传感器等26EGREGR系统组成系统组成272829POCPOC结构结构30主动再生主动再生31发动机成本发动机成本增加增加燃油消耗增燃油消耗增加加对硫敏感对硫敏感。车辆改动车辆改动大大加尿素加尿素基础设施基础设施发动机改发动机改动小动小燃油经济燃油经济性好性好。整车改动小整车改动小车辆运行时车辆运行时不需要加反不需要加反应剂应剂EGREGR与与SCRSCR对比对比32OBDOBD的定义的定义 指排放控制用车载诊断系统，它必须具有识别可能存在故障的区域的功指排放控制用车载诊断系统，它必须具有识别可能存在故障的区域的功能，并以故障代码的方式将该信息储存在电控单元储存器内。能，并以故障代码的方式将该信息储存在电控单元储存器内。 监监控控 管理管理 措施措施 控制排放控制排放33 根据国法规要求，SCR 系统电控单元内部必须集成OBD（On-Board Diagnostics）功能，该功能要满足欧洲EOBD 第一阶段要求，是有限的在线故障诊断，以保证SCR 系统正常工作，当影响发动机排放的电控系统发生故障时进行报警和失效处理。 OBD 系统时刻监视可能引起尿素喷射量不准，从而导致发动机排放恶化的故障，一旦出现此类故障，SCR 电控单元马上报警，点亮故障灯，并在CAN 总线上发布信息。系统诊断策略主要有三个方面： 第一方面，SCR 电控单元通过实时的监测各种传感器的工作