欧IV排放柴油机的基本知识介绍

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EGR工作原理：
NOX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EGR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,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NOX排放降低，但会使PM排放增加。 EGR可有效地降低NOX排放，但随着EGR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 荷时会使柴油机的排气烟度增大，所以为达到欧IV排放限值，EGR率一般控制在15% 以内，同时还需配合使用DPF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 捕集器，增加排气背压，使油耗恶化。因此，有时在DPF的上游增加一个氧化催化 转换器（DOC），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HC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300℃，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 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EGR更有效，EGR 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50×10-6的水平，理想 的情况要求达到10×10-6--15×10-6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 线的油耗和系统成本。
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安装要求
尿素箱一般和油箱同侧安装，距离油箱应近一点，方 便尿素加注。但是二者又不能贴在一起，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 性质变化，造成后处理系统不能正常工作。
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尿素供给单元(BOSCH系统用）
尿素供给单元重约4kg ，工作环境温度：-40~80℃ 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 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 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（DCU），该单元有二个尿素接口和DCU 电器接头。尿素供给 单元供液能力20kg/h，压力5bar。允许的尿素温度为-5~70℃。
欧IV排放柴油机及节能减排 基本知识讲座
对柴油机的排放中最难处理的问题是：
①浮游粒子（颗粒、PM） ②氮氧化物（NOX）
到目前为止，还没 有一种有效的技术 措施可以使柴油机 的颗粒排放（PM） 和NOX同时降低。
（对于汽油机来说， 使用三元催化剂以 后，CO、HC和 NOX可以同时高 效率的除去，PM 几乎没有）
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尿素喷射单元（BOSCH
系统用） 尿素喷射单元（Dosing Module）也称喷嘴，结构见 图，其作用是在DCU 的控制 下将尿素按照所需要的量成 雾状喷到排气管中。喷嘴的 主体是一个电磁阀，周围包 围着尿素流道，起到冷却作 用，另外上端设有尿素的进、 回液口，侧面设有电器接口， 外围设有隔热罩。喷嘴工作 环境温度范围-40~80℃，重 约0.25kg。因为尿素对普通 钢材有一定的腐蚀性，所以 喷嘴安装位置上游200mm 到 催化转化器的管路要使用不 锈钢材料。
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第二方面，在各种传感器工作正常的情况下，系统也会时刻判断各 个子系统的工作是否合理，监测内容包括： a. 尿素箱的尿素溶液是否耗尽 b. 尿素泵的压力是否正常 c. SCR 系统是否存在泄漏等 第三方面，通过模型来预测当前系统的工作情况，并与实际的工作 情况相比较，从模型与实际的工作情况差异来判断各子系统的工作情况， 这部分监测内容包括： a. 催化器是否存在 b. 化冰电磁阀打开与否 c. 不正常的尿素使用量
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排放法规与进程
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车用柴油机排放法规及对策
直列泵
DPF/POC
EGR 电控燃油系统
SCR
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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IV柴油机必须建立在一台有良好基础 的电控欧III发动机基础上。
实现欧IV的两条主要技术路线：
要实现欧IV对NOX和PM都较低的限值，目前有两条技术 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 粒物，再使用SCR来降低因燃烧优化而产生的NOX排放； 其二是EGR+DPF路线，即先通过废气再循环降低排放 中NOX的成份，再用颗粒捕集器捕集因使用EGR而略有增加 的颗粒物，从而达到同时降低NOX和PM的效果。
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POC作用
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DOC+POC降低颗粒
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EGR系统组成
EGR系统组成: 1 EGR阀 2 EGR控制器 3 EGR冷却器 4 REED弹簧片阀 5 EGR混合器 6 传感器等
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EGR系统组成
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POC结构
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主动再生
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EGR与SCR对比
发动机成本增 加 燃油消耗增加 对硫敏感 。。。
32.5%尿素水溶液，冰化效率与氨溢出量
• 原机NOx排放应<10 g/kw.h • 转化效率达到65%可满足国IV
• 转化效率达到80%可满足国V
• 氨溢出量应<25 ppm
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EGR欧IV技术( EGR EU IV technology)
EGR+DOC+POC EGR：Exhaust Gas Recirculation（废气再循环） DOC：Diesel Oxidation Catalyst (柴油机氧化催化) POC: Particulate Oxidation Catalyst (颗粒氧化催化)
车辆改动大 加尿素 基础设施
发动机改动小
整车改动小 车辆运行时 不需要加反 应剂
燃油经济性好
。。。
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OBD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 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。
监控
管理
措施
控制排放
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根据国Ⅳ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状况， 被监视的传感器主要包括尿素液面高度和温度传感器，尿素供给单元上 的尿素压力、温度、催化器下游温度传感器，这些传感器工作状态一旦 出现异常，将会直接影响尿素的喷射量，从而导致排放超标，系统将以 点亮故障灯的方式提醒驾驶员。
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OBD系统控制策略
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3、SCR与EGR节能的对比及公司欧IV发动机选用原则 前面已经介绍过SCR、EGR工作原理，SCR是先处理PM，后处理 NOX，也就是机内促进燃烧，燃料利用率显然较高，故SCR较EGR节能。 油耗可节省5%--7%，若扣除因尿素所增加的费用，还将有节油2%--3% 的优势（介绍SCR、EGR发动机应用范围）。 考虑我国能源短缺，而尿素生产比较普遍，因此我国中重型车用柴油 机实施欧IV排放宜首选SCR技术路线。我公司选用原则亦是如此。
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讲座结束，谢谢大家！
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尿素喷嘴（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0.06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 出的尿素均匀雾化。
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SCR特性－还原剂
140 120 100
Temperature C
80 60 40 20 0 -20 0 10 20 30 40 50 60 70 Weight Percent Urea in Water 80 90 100
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计量喷射泵（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：-40～80℃，重约4.6公斤。 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/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 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4针电器接头和37针主电器接头，37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J1939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。
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化学反应基理：
尿素（ NH2CONH2）加H2O 后在高温下分解成NH3 和CO2，此反应不需要 催化条件即可完成： NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2 在 SCR 催化器中的NH3 和排气中的NO、NO2 反应生成氮气和水： NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O 4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O 2NO2+ O2+4NH3→3N2+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SCR 催化器 后设置氨氧化催化器，在这个催化器中NH3 与O2 反应生成氮气和水： 4NH3+3O2→2N2+6H2O
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SCR技术介绍
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SCR 技术工作原理：
SCR=Selective（选择性）、Catalytic（催化）、Reduction（还原）