SCR重型柴油车尾气处理系统

SCR重型柴油车处理系统

1.技术简介：

一.项目背景

随着国家对发动机排放强制性法规的加严，对柴油机的尾气排放水平提出了更高要求，在国内市场销售的车用柴油机必须跟随升级换代。目前，中国已在全国范围内对车用发动机实施了国Ⅲ标准的排放法规，同时，北京、上海、珠三角地区已经实施了国Ⅳ标准的排放法规，且即将在全国范围内实施国Ⅳ。

对于车用柴油机，达到国Ⅳ排放水平的技术路线有两种，一种是采用废气再循环EGR+尾气颗粒捕集器方式，另一种是采用选择性还原反应SCR的方式对排放的尾气进行处理。目前，国际国内大部分车用柴油机企业采用SCR的技术路线来满足国Ⅳ排放法规要求。

SCR（Selective Catalytic Reduction）选择性还原反应系统是一种在车用柴油机尾气中喷射液体尿素溶液，并使其在高温尾气中蒸发成氨气与柴油机排出的氮氧化物NOx，在催化器中的催化剂作用下，发生还原反应，从而极大降低NOx 值直至满足排放法规要求的一种装置。

SCR系统由带催化器的消声器、尿素供给计量系统、控制系统、非加热尿素管路、控制用传感器、线束、尿素箱等组成，可选用带加热尿素管路系统。

二.项目研发的主要技术方案

1、产品目标

能满足为之配套的车用柴油机对于达到国Ⅳ排放法规的要求。具有满足未来更严苛的国Ⅴ排放法规的潜力。

2、产品主要适用规格

我公司目前主力汽车零部件产品主要用于客户6~12升排量车用柴油机的配套。因此，我公司需要研制的该SCR系统产品（以下称项目产品）的配套对象仍将主要是上述6~12升排量车用柴油机。具体规格详见产品主要技术参数。

3、项目产品主要特点

SCR系统类产品在国外是应用比较广泛的产品，但是由于项目产品在国内的使用环境与国外有较大差异，研制出更能适用国内使用的该类产品，是我们研制项目产品的主要目标，也是项目产品的竞争力所在。

三.项目产品研发主要技术依据和预期性能指标

项目产品在排放等性能指标上，与国家最新排放法规相适应。项目产品在经济性、可靠性上具有国内领先水平。在产品开发过程中遵守国家有关法律、法规（主要指有关环境保护，人身安全，大气污染，污物排放以及有关质量方面等），贯彻的技术标准如下：

GB17691 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）

GB3847 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法

HJ 437 车用压燃式、其他燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技要求

HJ 438 车用压燃式、其他燃料点燃式发动机与汽车排放控制系统耐久性技术要求

1、使用项目产品的柴油机排气污染物实测值达到GB17691中规定的限值要求。

2、使用项目产品的柴油机排气烟度实测值达到GB3847中规定的限值要求。

3、使用项目产品的车用柴油机能满足HJ437要求的OBD功能。

4、使用项目产品的车用柴油机能满足HJ438规定的耐久性要求。

5、项目产品的主要技术参数见表1。

表1 SCR产品主要技术参数

最小真空度：90kPa

管路最大压力800kPa

管路线压降<1kPa，在流量0.5L/min，25℃条件下

通讯协议SAE J1939

系统寿命3000小时

工作温度：环境温度-40℃-105℃

四.项目研发的关键技术过程

项目产品主要由带催化器的消声器、尿素供给计量系统、控制系统、非加热尿素管路、控制用传感器、线束、尿素箱等组成，可选用带加热尿素管路系统。

项目产品的作用是，降低发动机尾气中的有害物质氮氧化物NOx。

项目产品的主要原理是，将国际通用的32.5%浓度的车用尿素溶液，从尿素箱中，由一个直流电机带动的尿素泵，在尿素管路中建立需求的压力，并泵入尿素喷嘴，并由尿素喷嘴的细小喷孔雾化后喷入发动机的排气管内，在排气高温下，迅速气化成氨气并与排气混合，混合气在到达催化器时，在催化剂的催化下，尾气中的氮氧化物NOx与氨气NH3发生还原反应，生成氮气和水，完成尾气中有害物质NOx的减排作用。

项目产品的特征是，采用了直流电机驱动的尿素泵，将尿素溶液从尿素箱中泵入尿素管路，并在管路中建立压力，该压力由发动机运行工况确定，由控制单元DCU控制，并通过一个压力传感器监控。

尿素并非一直在喷射，尿素何时喷射也由DCU控制，且何时喷射的执行由尿素泵执行而非由尿素喷嘴执行（另一种控制方式）。

尿素泵前有一个过滤器，将尿素溶液中的杂质滤除，采用双级过滤，前面为粗滤后面为精滤。

采用喷孔形状优化的尿素喷嘴，使尿素溶液雾化更好，与尾气的混合更好。

采用不锈钢外壳封装催化器，采用卷边后焊接方式焊接，能防止尿素对外壳的腐蚀，封装更牢固耐用。

催化器采用挤出式钒基催化剂，比涂敷式催化剂有更大的孔隙率，还原转化效率更高，且成本更低。

非加热尿素管和非加热尿素箱为标准配置，寒冷地区使用时可以选用带加热尿素管和带加热尿素箱。

尿素泵带有加热毯，采用电阻丝毯的方式在寒冷地区更快速有效的使尿素解冻。

带有催化器前后温度传感器和NOx传感器，带有尿素箱内液位传感器等，能满足HJ437法规要求。

控制单元DCU与发动机控制单元ECU实时通过CAN通讯，按照发动机运行工况控制尿素溶液的喷射。在控制单元DCU中增加防盗逻辑，防止较贵重的控制单元失窃。

项目产品在功能上能很好满足车用柴油机对于转化效率的要求，使车辆能满足国家排放法规要求。在耐久性上具有低故障率，能满足国内车辆经常使用在比

较恶劣的环境下如空气中灰尘大、道路破损多、道路泥泞等情况，且能更好的在燃油质量、尿素溶液质量都不如国外的使用环境的工作。

除自制件保证质量外，外购件也采购一些国际大公司的产品，保证整个系统产品的质量。

2.合作方的情况（技术优势、人才优势、所做的主要工作）

3.项目产品技术创新点

项目产品总体上采用国际先进的SCR技术，且增加了适合国内使用环境的一些独特设计，能更好的满足国内应用需求。产品不但能满足即将实施的国Ⅳ排放法规要求，还具有满足随后的国Ⅴ排放法规要求的潜力。

该项目产品主要具有的创新点如下：

1）采用了不锈钢材料封装催化器。不锈钢在焊接前先对接缝卷边，然后再进行焊接，对不锈钢的这种工艺创新，有效解决了只在国内发生的由于道路破损过于严重使催化器振动过大，导致催化器封装外壳焊缝有开裂故障的问题。

2）在国内其他厂家还在采用涂敷式催化剂时，项目产品的催化器采用了挤出式钒基催化剂，比涂敷式催化剂有更大的孔隙率，还原转化效率更高，且成本更低。

3）针对尿素喷嘴的喷孔形状，重点进行了优化，使尿素溶液雾化更好，与尾气的混合更好，雾化更好的后果是除使还原反应效率更高外，还大大降低了尿素在排气管道上结晶的可能性，大大降低了管道被堵塞、腐蚀故障发生的可能。

4）创新设计了尿素溶液双级过滤，针对国内车用尿素溶液杂质含量相对国外同类产品较多（类似车用柴油状况，国内的柴油杂质含量较国外的高很多）的现状，设计了能适应较高杂质含量车用尿素溶液的尿素供给系统，主要是新设计尿素溶液过滤器，采用先粗滤后精滤的双级过滤方式，保证既能有效过滤较多较大的杂质又能使过滤器不易被堵塞。