柴油车-SCR系统部分介绍课件
潍柴国四柴油机SCR技术介绍
排气后处理管路
尿素存储单元
SCR箱
Temp.sensor
Supply module DNOX2
AdBlue quality sensor
Temp.sensor
Dosing
DCU
control unit
Actuators AdBlue - DM
Sensors
Engine CAN Diagnostic CAN
优势
• 不存在过滤器堵塞的风险，不需要主动再生 • 占用空间小
挑战
• 转化率低于DPF • 需要较高的喷油压力 • 需要低硫燃油
9
国Ⅳ柴油机技术路线
选择性催化还原器 - SCR
Urea-water Tank
Urea-SCR ECU
CAN port
NOx sensor
Air flow sensorAir来自2471900
1150
1270
1390
1500
潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍
WP7国Ⅳ柴油机型谱
型号 排量 [L] 缸径×行程 [mm] 额定功率 [kW] 额定转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m]
WP7.210E40 WP7.240E40 WP7.270E40 WP7.300E40
7.14 108×130
以蓝擎WP10/WP12柴油 机为基础
采用先进燃烧系统、电 控高压共轨燃油系统和 SCR排气后处理系统
满足国Ⅳ排放标准的重 型低排放车用柴油机
潍柴WP10/WP12国Ⅳ柴油机介绍
WP12国Ⅳ柴油机型谱
型号 额定转速 [r/min] 额定功率 [kW] 最大扭矩 [N·m] 最大扭矩转速 [r/min] 最大扭矩 [N·m] 发动机型式 最低燃油耗 [g/(kwh)] 排放
柴油车-SCR系统部分介绍课件
空气供给装置
Ad Blue供给装置
前氧化催化器
SCR控制单元
SCR催化器
后氧化催化器
4
SCR系统结构及工作原理 ——实物模拟
5
废气出口
SCR系统结构及工作原理
箱式
——催化转化器
桶式
废气入口
废气出口
废气入口
适用于载货汽车的有： 1208010-1021 催化转化器，D281 ×1 035 mm
1208010 -864 催 化转化器，D281 ×883 mm
• 3.尿素喷射量：尿素喷射太少，会导致反应不充分，转化效 率太低。喷射太多，会导致NH3进入大气，造成污染。所以， 把NH3滑失控制在5-10x10-6时的NH3／NOx比例是最合适的。
19
SCR系统上的NOx传感器
• 化学传感器的类型： ➢ 声表面波NOx化学传感器 ➢ NOx光纤化学传感器 ➢ 半导体NOx化学传感器 ➢ NOx电化学传感器 a. 电位型 b. 电流型（氧化锆 ZiO2） c. 电阻性
SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器
催化转化器中催化剂：
CAT1 加速尿素水解， 更多地释放大量氨
气;
CAT2 表面发生的 SCR 反应使 NO x 加 速还原， 将尾气中
的 NO x 去除;
备用 CAT将反应中 多余的 NH3 氧化， 防止因催化剂吸附
力下降引起的氨泄
露问题 。
8
SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器(模拟)
• 控制单元 — 传感器，包括环境温度及尿素箱温度传感器、液位传感器、氮氧传感器等 — 尿素喷射控制单元(Dosing Control Unit，简称DCU) — 执行器，包括加热继电器，尿素箱电磁阀等
SCR系统
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化图1 SCR系统原理图尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOX排放的一种有效方式。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
我国从2008年7月１日起全面实施国Ⅲ排放法规，2010年1月1日将要实施国Ⅳ排放法规。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOX排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOX的限制。
图2 SCR系统网格和边界条件位置图SCR系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。
系统的基本工作原理是（见图1）：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。
一般情况下，消耗100L燃油的同时会消耗5L液体尿素水溶液。
在SCR中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O→2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2ONH3氧化：4NH3＋3O2→2N2＋6H2O在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。
利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
图3 在某一位置不同的喷射方向本文介绍了在某重型国Ⅳ柴油机的开发过程中，利用CFD工具对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
SCR技术介绍ppt课件
29
四、SCR技术介绍-催化剂选择
2020/3/26
30
Forming of Ammonium-Sulphate
四、SCR技术介绍-催化剂选择
1,05
Relative Activity K/K0 [-]
1,00
0,95
0,90
0,85 0
5
10
15
20
25
30
35
H2O Concentration [Vol%]
25
四、SCR技术介绍-催化剂选择
相对活性
催化剂失活的主要原因
1
化学钝化 砷中毒 碱金属中毒 磷中毒 SiF4 / SiO2中毒
机械钝化 堵塞 小颗粒沉积
0
0
5000 10,000 15,000 20,000 25,000
运行时数
26
四、SCR技术介绍-催化剂选择
SO2向 SO3 氧化
- 几乎极大部分催化剂的配方中都含有五氧化二 钒以加强反应性。
- 钒也是SO2 氧化成SO3的催化剂 - SO3 和 NH3 的存在会导致形成氨盐 - 增加的SO3 会增加 H2SO4 形成的可能性 - 腐蚀
与酸雾“蓝”羽形烟
27
四、SCR技术介绍-催化剂选择
2,2
2
SO2/SO3 Conversion Rate [%]
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
板式 蜂窝式
1992-1993
1995-1998
1999
17
四、SCR技术介绍-催化剂选择
烟气条件 流量 烟气温度 组成: H2O, NOx, O2, SO2 含尘量 (间距, 磨损)
潍柴国四柴油机SCR技术介绍PPT课件
03
潍柴国四柴油机SCR技术特点
高效SCR催化器
01
02
03
高转化效率
潍柴国四柴油机的SCR催 化器采用了高效催化剂， 确保更快速和更完全的 NOx转化。
耐久性强
经过精心设计和材料选择， SCR催化器具有较长的使 用寿命，减少了维修和更 换的频率。
适应多种工况
无论是在冷启动、热启动 还是高排放工况下，SCR 催化器都能保持良好的性 能。SC Nhomakorabea技术优势
SCR技术具有较高的氮氧化物转化效率，同时对燃油消耗 和发动机动力输出影响较小，是目前降低柴油机尾气中氮 氧化物排放的重要手段之一。
SCR技术应用情况
潍柴国四柴油机已经成功应用SCR技术，并实现了较低的 氮氧化物排放，符合国家排放标准要求，为我国柴油机减 排做出了积极贡献。
对未来发展的展望
精确的尿素喷射系统
精确控制
通过先进的传感器和控制系统，尿素 喷射量得到精确控制，确保与柴油机 排放的NOx完全反应。
防止结晶
易于维护
尿素喷射系统设计简洁，方便日常维 护和清洁。
系统具备防止尿素结晶的功能，确保 尿素喷射系统的可靠性和稳定性。
智能控制策略
实时监测与调整
潍柴国四柴油机的智能控制系统 能够实时监测发动机工况和排放，
根据需要自动调整尿素喷射量和 发动机运行参数。
故障诊断与预防
系统具备故障诊断功能，能够提前 预警潜在问题，提高发动机的可靠 性。
节能与优化
通过智能控制策略，发动机在保证 低排放的同时，也实现了燃油消耗 的优化，提高了经济性。
04
SCR技术在潍柴国四柴油机中的应用
案例
应用场景和效果
重汽国Ⅳ柴油机SCR系统介绍
重汽国Ⅳ柴油机SCR系统介绍重汽国Ⅳ柴油机SCR系统介绍SCR技术（Selective Catalytic Reduction）是目前处理柴油机尾气中氮氧化物（NOx）的最为先进的技术之一，重汽在生产国Ⅳ柴油机时采用了SCR系统来满足新的排放标准。
SCR系统由催化还原剂和尿素水溶液组成。
催化还原剂是一种重要的催化剂，有助于将NOx转化为分别具有无毒性的氮气和水蒸气，从而降低了柴油机的尾气排放。
尿素水溶液则是用于供给催化剂，其主要成分为尿素和水，当该水溶液进入催化还原剂后可以在特定温度下分解出氨气，从而促进了催化剂的反应。
重汽国Ⅳ柴油机SCR系统的工作原理是：柴油机燃烧后产生的NOx进入SCR装置，在催化剂的作用下，NOx与尿素水溶液中的氨气发生反应，生成无害的氮氧化物和水。
而且由于这个催化过程中需要的温度相对较高，通常需要通过柴油机的废气再加热，实现SCR系统催化反应。
重汽国Ⅳ柴油机SCR系统的特点是可靠性高，具有良好的效果。
首先，SCR催化剂的制作工艺的加工精度高，耐用程度高，这可以获得一个很好的性能；其次，通过选择适合的尿素水溶液，催化剂的反应速度和效率可以得到很好的提升，使柴油机的尾气排放符合国家的新环保标准，发挥出优秀的功效；此外，SCR系统结构简单，不增加额外成本，相比其他类似技术，SCR装置具有出色的代价效益。
总的来说，重汽国Ⅳ柴油机的SCR系统是一种技术先进、可靠性高、能够成功降低柴油机尾气污染的环保技术。
它成功地解决了NOx排放问题，，有效地减少了对环境的污染，为人们的健康和生活环境提供了承诺。
以下是重汽国Ⅳ柴油机SCR系统相关的数据：1. 重汽国Ⅳ柴油机SCR系统的氮氧化物（NOx）排放量要求：在负载不超过100%的重量情况下，排放量不超过3.5g/kWh；在负载超过100%但不超过110%的情况下，排放量不超过4.5g/kWh。
2. 重汽国Ⅳ柴油机SCR系统使用的尿素水溶液的成分：尿素占比32.5%，水占比67.5%。
国四SCR系统
进气口
氮氧传 感器安 装座
第六章
② 环境温度传感器整车布置位置
环境温度 传感 器安装位
置应远离 热源 和污泥的 重度污染 区域 ，并避免 阳光直射.
第六章
③ 排温传感器（以上游排温传感器为例）
上游温度 传感器 传感器 接插件
传感器 线束
第六章
④ 环境温度传感器
环境温度传感器和水温传感器相同，均为普通的热敏电阻传感器， 外界温度的变化引起传感器电阻值发生变化，以至传感器两端电压 也发生改变。通过标定不同的温度下对应的电压值，来测得外界环 境温度。
第六章
二、传感器电器参数
电器件 ECU针 脚 K82 K81
传感器 针脚编 号 2 1
正常电 开路电 常温下 压（V） 压（V） 的电阻 值 0 0.3-4.7 0 5 约215Ω
上游排 温传感 器
环境温 度传感 器
1 2
K39 K60
0.2-4.9 0
5 0
约 2.9kΩ
第七章
第一章 SCR系统概要
第六章 尿素泵
第四章 喷嘴 第五章 SCR箱 第六章 环境温度传感器与排温传感器
第七章 电气系统
第八章 OBD系统介绍 第九章 故障案例
第六章
一、环境温度传感器与排温传感器的结构 ① 排温传感器整车布置位置
上游温 度传感 器
尿素喷嘴
现阶段，SCR箱分箱 式（如图）和筒式两种， 上、下游温度传感器、 均装在SCR箱上 氮上游 温度传 感器
第二章
③ 液位温度传感器的结构
液位浮子 液位传感器
能够监测尿素溶液温度 能够通过发动机热水对尿素 溶液加热 能够监测液位高度，满液位 和零液位、空罐时向DCU发 出报警信号
SCR系统部件详解
温度传感器
温度传感器位于催化器前后，用于监控催化剂温度，从而控制喷射
安装与排气流动方向垂直，传感器不接触任何东西； 给传感器拆卸预留足够可用间隙，力矩45±5Nm； 传感器导线弯曲不超过90°，导线半径不能小于25mm； 电器工作环境温度：-40℃～200℃； 传感器前端如有积碳，可用软毛刷进行清理；
温度传感器
排气温度传感器与电阻对应关系
氮氧传感器
感应器
氮氧传感器检查NOx浓度，用于喷射闭环控制和OBD监测；
传感器允许最高温度950℃为100h以内； 螺栓头能允许最高温度650℃为100h以内； 线缆长600mm 导线能允许最高温度230℃为100h以内；
控制单元
最少100mm，决定于客户排气管移动幅度
尿素罐布置远离热源，不能位于整车最低点
计量泵
工作温度：-40℃~80℃，最佳温度50℃ 焊接操作必须拆卸计量泵 计量泵接地端必须良好
计量泵由泵和计量系统组成（DCU）
计量泵只能在一个方向安装，4颗螺栓固定，扭矩22Nm；安装平面度不大于0.5mm；
计量泵与喷嘴连接管应该用软管，避免排气管震动对其影响； 压缩空气：压力6~升/分钟；需油气，水 气，颗粒过滤，颗粒直径小于100µm； 尿素：需油气，水气，颗粒过滤，颗粒直径小于100µm；
垂直于排气管在-80°~80°之 间安装（如图所示） 一定要保证在感应元件软管里面没有任何水份
线缆最小曲率半径大于3.5mm
管路
尿素管路要求材质耐尿素腐蚀，PTFE、PFA、VITON、EPDM，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 管路必须有足够的强度，不会因为抽吸产生的真空而被压扁
杰狮国四后处理系统
催化消声器
SCR
SCR系统的工作原理柴油发动机的排放控制主要是对排放中的PM和NOx的处理。
控制PM排放的措施有氧化催化器（可溶性颗粒物）、颗粒捕集器（固体颗粒物）。
而研究开发中的柴油机NOx后处理方法有选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR、非选择性催化还原NSCR和吸附还原催化剂以及最新提出的等离子体-催化转化技术——低温等离子体技术具有同时去除NOx和颗粒物PM的潜力。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOx排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOx的限制。
1 高压共轨柴油发动机的SCR系统A 1 SCR系统的构成SCR系统的作用是去除柴油发动机排气中的NOx。
系统采用尿素作还原剂（又名添蓝），在选择性催化剂的还原作用下，NOx被还原成氮气和水。
SCR系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。
共轨柴油发动机的催化消声器可以是箱式或桶式，内部装有SCR催化器和消声器管路，表层的不锈钢板下的隔热材料，保证使用过程中的边面温度不会过高。
尿素溶液储存罐用于储存尿素溶液，集成有液面高度和温度传感器。
其内部装有化冰热交换装置，利用柴油机冷却水的热量进行化冰。
出液口内部装有粗滤器，以防大于0.1mm的大颗粒进入喷射系统。
的作用是通过CAN总线与柴油机ECU通讯，获取柴油机运行状态信息和SCR系统上的各种传感器的数值，根据事先标定好的各种脉谱，适时计算柴油机实际工作情况下SCR系统的尿素喷射量，从而使柴油发动机排气中的NOx成分被精确还原。
由于泵的吸力和自动排空能力有限，泵的进液口距罐底面垂直距离不能超过700mm，平面距离不能超过10m。
尿素喷嘴的作用是按照控制器的指令来进行尿素溶液的喷射。
喷嘴的主体由不锈钢材料制成，安装在排气管上。
冷却液电磁阀是为系统化冰服务的。
当电控单元通过尿素温度传感器感应到尿素温度较低，可能会出现结冰的情况，那么控制器将打开加热水电磁阀。
柴油机尾气处理应用技术—SCR尾气处理应用技术(柴油机电控系统检修课件)
博世 DeNOx2.2尾气处理组成图
说明：
此系统无 空气供给 装置!
详解见 6.1.2
02
工作原理
工作原理（带空气供给装置）
（1）预注过程 每次钥匙开关打到ON挡，柴油机运转，SCR 系统进入预注过程，该过程是由尿素泵从尿素罐里面抽取一定量 的尿素溶液，对管路进行排空，并流回到尿素罐中，主要目的是 为了防止管路中存在气阻造成液路不畅，同时也是为了使尿素泵 快速建立压力，此过程没有空气吹出。
可能原因及检查步骤
01
尿素量过少
02
尿素管路接反
03
吸液管漏气或堵塞
04
压力管泄露
05 尿素泵堵塞或者尿素泵机械故障
03
喷嘴故障
典型故障
喷嘴电磁 阀故障
接插件、线束损坏，造成开路、短路等；磁阀线 圈烧毁，可以通过测量电阻进行判断。
01
尿素箱部分故障
尿素液位传感器电压高于上限
故障现象
故障灯、OBD灯常亮，报出闪码445（尿素液位传感器 电压高于上限），仪表中尿素液位的显示不准确。
故障机理
一般是线束或接插件开路引起，可以检查传感器接插件1号针 脚（ECU 针脚K57）是否出现开路、与电源短路的故障。如果 不能解决，进一步检查其他针脚、线束是否有故障。
尿素泵又称计量喷射泵 或尿素溶液供给泵，是尿素 溶液喷射计量系统的重要组 成部分，其主要功能是抽取 尿素箱内的尿素溶液，并保 持一定的压力，然后输送到 喷射单元，满足喷射计量系 统对流量和压力的要求。
博世2.2尿素泵外形
尿素泵功用与结构
Kxx—— ECU端接 线端子针 脚号
博世2.2尿素泵线束接口针脚定义
尿素泵功用与结构
博世2.2尿素泵内部结构
SCR系统介绍
欧Ⅳ柴油机尾气后处理系统（SCR）介绍无锡市凯龙汽车设备制造有限公司2009.121.满足欧Ⅳ的技术路线00.020.040.060.080.10.120.140.1602468NOx (g/kWh)微粒 (g /k W h )2. 凯龙公司SCR系统结构3.凯龙SCR系统零部件清单序号名称数量备注1催化消声器1凯龙2尿素罐1凯龙3尿素喷射计量泵1格兰富4尿素喷嘴1凯龙5Nox传感器1西门子6排气温度传感器2Sensor nite 7带OBD的DCU1凯龙8尿素管及附件1凯龙4.凯龙SCR主要部件1）催化消声器:SCR催化消声器是一个整体式的催化和消声装置，装在一个密封的不锈钢外壳内。
在其内部有四个单元，分别是氨扩散器、催化器、防止氨泄露的氧化层和消声装置（也可以与尾气加热器集成在一起）。
具体零件和技术参数为:Ø载体：NGK或康宁，10.5 “×3 ”和10.5 “×6 ”两种规格；Ø催化剂：巴斯夫公司，高性能催化剂并含有防止氨泄露的氧化层；Ø衬垫：3M公司，高性能陶瓷密封衬垫；Ø封装：无锡凯龙公司，全不锈钢结构，安全可靠；Ø整机参数：宽温度范围内的NOx高转化率，适合于排量为10L以下的各种柴油发动机。
2）尿素存储罐:Ø罐体坚实可靠，耐腐蚀性强，结构简单，使用方便。
Ø传感器由欧洲著名专业制造厂家订做，能够合理的检测出AdBlue的使用情况：监测罐内温度，能够通过发动机热水对罐内结冰的固体加热，保证AdBlue的正常供给；监测罐内液位高度，满液位和零液位、空罐时向后处理系统中央控制模块发出报警信号。
Ø电气信号输送、机械性能满足欧Ⅳ车后处理系统的要求，适合中国北方寒冷地区和南方地区使用。
Ø罐体具有聚四氟乙烯和不锈钢两种结构，可以满足不同客户需求。
3）尿素喷嘴:Ø喷嘴具有四个直径为0.5mm的孔，具有径向喷雾排列形状；Ø喷嘴在管内必须居中且最好安装在直的排气管上，但可以和排气管成任意角度。
潍柴国四柴油机SCR技术介绍PPT课件
3
国四排放标准实施时间
说明国四排放标准的实施时间及对不同机型的要 求。
柴油机排放污染物及危害
柴油机排放污染物种类
01
列举柴油机排放的主要污染物，如一氧化碳、碳氢化合物、氮
氧化物和颗粒物等。
污染物危害
02
分别阐述各种污染物对人体健康、大气环境和气候变化等方面
SCR技术是柴油机尾气后处理技术之一，可有效降低柴油机NOx排放。
关键部件及功能解析
01
02
03
04
催化器
SCR系统的核心部件，内部装 有催化剂，用于促进NOx与
还原剂的反应。
还原剂喷射系统
负责将还原剂（如尿素溶液） 喷入排气系统中，与NOx进
行反应。
传感器与控制系统
监测柴油机排气中的NOx含 量、温度、压力等参数，并控 制还原剂的喷射量和时机。
集成多种传感器，实时监测发动 机和SCR系统状态，确保稳定运
行。
具有自适应功能，能够根据实际 运行状况自动调整控制策略。
故障诊断与保护功能设置
具备完善的故障诊断功能，可 实时监测并显示系统故障。
采用多重保护措施，确保系统 在异常情况下能够安全停机。
可通过远程监控平台实现故障 预警和远程诊断功能。
04 SCR系统性能评价与试验 方法
合理设计排气管道的走向和直径，以 降低排气阻力和背压，提高SCR系统 的效率。
安全防护
在系统周围设置安全防护措施，避免 高温、高压等危险情况的发生。
03 潍柴国四柴油机SCR系统 特点
高效低耗设计理念体现
采用高效SCR催化器， 降低排气背压，减少 功率损失。
应用先进的热管理系 统，减少辅助能耗， 提高系统效率。
SCR系统
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化图1 SCR系统原理图尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOX排放的一种有效方式。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
我国从2008年7月１日起全面实施国Ⅲ排放法规，2010年1月1日将要实施国Ⅳ排放法规。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOX排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOX的限制。
图2 SCR系统网格和边界条件位置图SCR系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。
系统的基本工作原理是（见图1）：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。
一般情况下，消耗100L燃油的同时会消耗5L液体尿素水溶液。
在SCR中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O→2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2ONH3氧化：4NH3＋3O2→2N2＋6H2O在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。
利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
图3 在某一位置不同的喷射方向本文介绍了在某重型国Ⅳ柴油机的开发过程中，利用CFD工具对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
SCR原理及结构
SCR工作原理及常见故障处理方法2011-2SCR系统工作原理•SCR系统全称：选择性催化还原系统•SCR系统的作用是降低柴油发动机排气中的氮氧化物(NOx). 系统采用尿素水溶液(质量浓度为32.5%)作为还原剂。
喷射到排气管中的尿素(NH2) 2CO首先会分解为氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)，在选择性催化剂的作用下氨气会与NOx反应生成氮气(N2)和水(H2O)，从而将废气中的NOx还原成无害的氮气(N2)。
SCR系统工作原理•按SCR系统工作任务分类，SCR系统主要可分为两大部分：1、控制尿素溶液喷射量；2、用于OBD诊断的OBD系统；SCR系统工作原理•(NH2) 2CO + H2O→CO2+2NH3（二次污染）•4NO + 4NH3 + O2→4N2 +6H2O •2NO2 + 2NO + 4NH3 →4N2 +6H2O•SCR系统要通过控制尿素溶液的喷射控制氮氧化物，从而使排放满足欧四甚至欧五标准。
•决定上述反应式的主要因素包括：催化器总成（大包）；排气温度（化学反应需要在一定温度下才能快速发生，一般需要控制排温在200-550摄氏度之间）、需要控制的氮氧化物质量。
SCR系统工作原理•需要严格控制尿素溶液量•喷多了，成本上升、造成二次污染、尿素结晶有可能堵塞排气管；•喷少了，排放不达标•排气温度很重要，在低温下，尿素不仅不会对降低排放起作用，还会堵塞排气管SCR 系统主要部件•SCR催化器总成•尿素箱总成（非加热和加热）;•系统尿素管路（非加热和加热）•冷却水管路带加热水阀（加热系统选用件）•尿素泵和DCU总成（非加热和加热）•尿素喷射器及喷射器安装组件•传感器( 排气温度传感器、氮氧传感器) •线束SCR催化器总成蜂窝陶瓷SCR催化器总成•避免重物敲击；•SCR催化器里面装有蜂窝状载体，拆装时注意避免进入大块物体（如塑料袋，石块等），否则会造成发动机排气堵塞；•排气管内尿素泄露过多，结晶堆积在管道内会造成排气背压高，进而导致发动机功率不足；尿素箱总成加注口冷却液进出口尿素进出口放气口浮子尿素温度传感器过滤网尿素箱总成•尿素箱防重物敲击；•添加尿素时避免进入杂质；•防止放气口堵塞；•拆装时一定要注意，尿素管进出口不能搞反，否则尿素就吸不上来，冷却水管进出口也不能搞反，否则冷却水阀不起作用；尿素泵和DCU 总成尿素泵总成DCU线束插头尿素进口尿素出口尿素泵和DCU总成线束插头尿素泵和DCU总成Relay：1：直接控制：线加热（尿素管路）2：提供电源：尿素嘴和尿素罐加热的冷却液电磁阀。
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• 可以提高 NH3-SCR 反应中 NO2 的比例. 但如果 NO2 比例过高, 多余的 NO2 需要单独与 NH3 反应进行消 耗。由于反应(6)的反应速率比标准 SCR 反应(4)慢, 因此在实际应用中需控制 DOC 转化 NO 为 NO2 的 比例低于 50%.
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素 2.1温度的影响（考察副反应）
V2O5/TiO2型催化剂的活性温度窗口 (260~425℃)
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素
2.2气体空速的影响（单位时间单位体积催化剂处 理的气体量 ）
NOx的转化效率随接触时间的增加而增加。
SCR控制技术部分概述
20150924
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目录
SCR系统工作及工作原理 影响NOx转化率的原因 NOx传感器
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SCR系统结构及工作原理
• 尿素供给单元（Supply Module） — 尿素供给泵 — 尿素箱及尿素箱加热及液位总成 — 尿素管
• 尿素喷射单元（Dosing Module） — 尿素喷射阀及垫片 — 冷却水管
拟研究》--陈凌珊，201208
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SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器（实例）
• 以V2O3/WO3/TiO2波纹型NOx-SCR催化剂为例，溶 剂是16.6L，孔密度是40孔/cm2,壁厚是0.06mm， 涂层厚度是0.15mm,孔隙率是0.595.（整体式蜂窝载体）
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SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器
外形尺寸 577 mm×396 mm×550 mm， 1208010 -D796 催 化 转化 器，适用于牵 引车
适用于客车匹配的：
1208010 -882 催化转化器，D281 ×950 mm 1208010 -874催化转化器，D281 ×7977
• 3.尿素喷射量：尿素喷射太少，会导致反应不充分，转化效 率太低。喷射太多，会导致NH3进入大气，造成污染。所以， 把NH3滑失控制在5-10x10-6时的NH3／NOx比例是最合适的。
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SCR系统上的NOx传感器
• 控制单元 — 传感器，包括环境温度及尿素箱温度传感器、液位传感器、氮氧传感器等 — 尿素喷射控制单元(Dosing Control Unit，简称DCU) — 执行器，包括加热继电器，尿素箱电磁阀等
• 选择性催化还原系统催化器箱 — 选择性催化还原系统催化器 — 消音器
3
SCR系统结构及工作原理
SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器
催化转化器中催化剂：
CAT1 加速尿素水解， 更多地释放大量氨
气;
CAT2 表面发生的 SCR 反应使 NO x 加 速还原， 将尾气中
的 NO x 去除;
备用 CAT将反应中 多余的 NH3 氧化， 防止因催化剂吸附
力下降引起的氨泄
露问题 。
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SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器(模拟)
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素
• 2.2气体空速的影响
柴油机排气温度高于 350 ℃ 时， 空速对转化效 率影响不大， 但排气温度 低于此温度时，空速对 SCR 催化器转化效率有较大影 响。 因此柴油机在低温工 作时， 应增大催化器体积 来减小 NO x的排放， 多喷 尿素意义不大， 反而会带 来氨气的泄漏。
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素 2.3尿素喷射量对 NOx 转化效率的影响
• 尿素喷射太少，会导 致反应不充分，转 化效率太低。
• 喷射太多，会导致NH3 进入大气，造成污染。 所以，把NH3滑失控制 在5-10x10-6时的NH3／ NOx比例是最合适的。
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素
• 1.温度：V2O5/TiO2型催化剂具备较宽的活性温度窗口 (260~425℃)和优异的耐硫性能，已广泛应用于机动车SCR系 统中。
• 2.空速： NOx的转化效率随接触时间的增加而增加。增大 SCR 催化转化器容积( 一般增大 SCR 转化器长度)可以降低空 速, 增加反应时间, 提高 NO x 转化率, 减少 NO x 和 NH 3 排放, 但转化器太长, 容易导致排气背压过高, 影响燃烧效率和排 放, 因此 需要综合考 虑、优化匹配。
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SCR系统结构及工作原理 ——催化转化器
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素 • 2.1温度的影响（考察不同的催化剂）
V2O5/TiO2型催化剂的活性温度窗口 (260~425℃)
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SCR系统控制策略 ——影响NOx转化效率的因素
2.1温度的影响（考察转化时间）
• 温度越高， SCR 反应速度越 快， 反应所需时间越短 。
• 转化效率 80%，所需时间： ➢ 350 ℃ ， 0. 04 s 。 ➢ 300 ℃， 0. 08 s 。 ➢ 250 ℃ ， 0. 2 s 。 ➢ 200 ℃， 0. 7 s 。 • 在实际情况中 ， 排气流速
较快， 一般都在 20 m /s 左 右， 而催化器长度一般不 会超过 1 m， 因此低温(250 ℃ ) 时， 催化器的转化效率 很难保持在较高水平。
FIire软件， 氧化
某大功率 催化
柴油机
剂
CAT1
直径mm 262
SCR催化 备用氧 剂CAT2 化催化
剂CAT
262
262
长度mm 149.8 149.8
73.6
体积L
8.07 8.07
3.97
面网格数 960 960
320
体网格数 2200 2200
2200
《柴油机 SCR 系统 NOx 催化还原反应的模
空气供给装置
Ad Blue供给装置
前氧化催化器
SCR控制单元
SCR催化器
后氧化催化器
4
SCR系统结构及工作原理 ——实物模拟
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废气出口
SCR系统结构及工作原理
箱式
——催化转化器
桶式
废气入口
废气出口
废气入口
适用于载货汽车的有： 1208010-1021 催化转化器，D281 ×1 035 mm
1208010 -864 催 化转化器，D281 ×883 mm