歐曼GTL重卡后處理系統(tǒng)分析

王學(xué)軍 徐長釗 孫長勇

摘 要：隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的保有量急劇增加，尾氣排放對環(huán)境造成了污染，最重要的是影響了人們的身體健康。重卡在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位非常重要，但是重卡柴油機(jī)的尾氣排放對環(huán)境的影響更大，尾氣中的NOx和碳粒危機(jī)人們的生命和健康。所以在利用重卡推進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，抑制尾氣污染的排放，開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的尾氣控制技術(shù)，是車輛在設(shè)計(jì)制造時(shí)必須考慮的因素，后處理技術(shù)可以降低尾氣排放的污染，后處理技術(shù)已經(jīng)成為柴油機(jī)達(dá)到國IV國V甚至更高排放水平的技術(shù)保證。了解后處理技術(shù)和系統(tǒng)工作特點(diǎn)，為維護(hù)好后處理系統(tǒng)的正常工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：歐曼;后處理系統(tǒng);故障分析

中圖分類號：U473.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）20-250-03

Abstract： With the rapid development of automobile industry and the rapid increase of car ownership， exhaust emissions cause environmental pollution， the most important thing is to affect people's health. Heavy truck plays an important role in the national economic construction， but the exhaust emission of heavy truck diesel engine has a greater impact on the environment， and the NOx and carbon particles in the exhaust gas crisis people's life and health. Therefore， while using heavy trucks to promote economic construction， it is a factor that must be taken into consideration in vehicle design and manufacturing to restrain exhaust emission and develop and apply advanced exhaust control technology. Post treatment technology can reduce exhaust emission pollution. Post treatment technology has become a technical guarantee for diesel engines to reach national IV or even higher emission level. Understand the post-processing technology and system working characteristics， and lay a solid foundation for maintaining the normal work of the post-processing system.

Keywords： Auman; Post-processing system; Fault analysis

CLC NO.： U473.9 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-250-03

1 引言

歐曼GTL重卡在國家經(jīng)濟(jì)建上扮演著重要的角色，由于尾氣排放的污染問題，制約了重卡的可持續(xù)發(fā)展，解決尾氣污染迫在眉睫。各國相繼出臺嚴(yán)格的政策，控制尾氣排放污染。目前采用的缸內(nèi)凈化技術(shù)，后處理技術(shù)等比較成熟，國內(nèi)重卡車輛尾氣排放執(zhí)行由國三向國四標(biāo)準(zhǔn)過渡。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的遞進(jìn)升級，促進(jìn)了重卡技術(shù)的不斷提高，尤其是在控制尾氣排放方面研發(fā)力度進(jìn)一步加強(qiáng)。歐曼GTL重卡采用后處理技術(shù)，抑制了尾氣污染的排放，及時(shí)進(jìn)行后處理系統(tǒng)的維護(hù)可以保證尾氣排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

2 柴油機(jī)排放措施的改善

為了達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，柴油機(jī)的排放處理需要在機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化兩方面進(jìn)行考慮。在既要考慮排氣污染的同時(shí)，又要兼顧燃油的消耗，機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)目前做的比較到位，幾乎把該技術(shù)做到了最高的境界。為了確保柴油機(jī)的環(huán)保質(zhì)量達(dá)標(biāo)，積極采用后處理技術(shù)是目前值得思考的問題。當(dāng)前在計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和電控技術(shù)相結(jié)合高速發(fā)展的年代，將柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)運(yùn)用電控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在燃油消耗一定的前提下，使發(fā)動機(jī)在不同工況下實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的性能和尾氣排放匹配達(dá)到最佳，促進(jìn)柴油機(jī)尾氣排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。柴油機(jī)和汽油機(jī)尾氣產(chǎn)生的污染物的比較，如表1所示。

表中可以看出，雖然柴油機(jī)的HC和CO含量相比較少，但是柴油機(jī)碳煙的排放數(shù)量比汽油機(jī)高出近40倍左右，碳煙對環(huán)境造成極大的破壞，而且碳煙對人體的危害最大，所以必須加以抑制。

為了保證柴油機(jī)良好的經(jīng)濟(jì)性、動力性，又要符合國家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，采用了后處理系統(tǒng)。歐曼GTL重卡柴油機(jī)SCR系統(tǒng)之所以能實(shí)現(xiàn)國五排放標(biāo)準(zhǔn)，是由于尾氣排放的NOx、HC化合物和PM顆粒等指標(biāo)相繼降低了28%、23%和82%。

采用提高排氣溫度增加廢氣中氮氧化物，然后噴入適量尿素溶液在催化劑作用下，使氮氧化物生成氮?dú)夂退懦?，達(dá)到控制排放的目的。歐曼GTL重卡柴油機(jī)在改進(jìn)發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了SCR或EGR等后處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)環(huán)保。正確使用和維護(hù)該系統(tǒng)是提高車輛運(yùn)行效率的前提，是排放達(dá)標(biāo)、保護(hù)環(huán)境的重要保證。

為了保證尾氣排放合乎國際國家的標(biāo)準(zhǔn)，采用三種方式來實(shí)施：采用缸內(nèi)凈化、提高燃油質(zhì)量、運(yùn)用后處理系統(tǒng)。柴油機(jī)缸內(nèi)凈化技術(shù)主要從尾氣污染物的成分和影響因素考慮，對柴油機(jī)進(jìn)行必要的改進(jìn)和調(diào)整，減少或抑制尾氣污染物的生成和排放。主要采用以下措施。

提高柴油質(zhì)量就是降低柴油中的硫、膠質(zhì)的含量;在柴油中加入硝酸烷基酯，它在氣缸內(nèi)能迅速離解，產(chǎn)生活性基，在體積分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，能提高1～6個(gè)單位的十六烷值，從而改善柴油的著火性能;加入鋇、鈣、鐵的化合物，可以降低碳煙的自然溫度，并有改善柴油機(jī)濾煙器再生產(chǎn)的作用，提高燃油的潤滑性能。

3 SCR系統(tǒng)

SCR系統(tǒng)是一種控制柴油機(jī)尾氣處理排放裝置，可以將尿素混合溶劑注入到廢氣管內(nèi)，在高溫的作用下，尿素分解為氨氣和二氧化碳，氨氣在催化劑的作用下與氮氧化物反應(yīng)，NO和NO2被還原為氮?dú)釴2和水H2O以減少NOx排放。

尿素水解為氨氣：（尿素噴射系統(tǒng)）

（NH2）2CO+H2O??→2NH3+CO2 控制溫度200度以上

SCR后處理反應(yīng)：（SCR催化轉(zhuǎn)化器）

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O

2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O

作為一種有效的廢氣后處理措施，目的是降低NOx的生成，該技術(shù)起先應(yīng)用于應(yīng)對鍋爐、電廠等污染源中，用來降低NOx生成，現(xiàn)在應(yīng)用于降低柴油機(jī)尾氣排放污染。原則上，氨（NH3）用作還原劑來加速柴油機(jī)的有害成分氮氧化物轉(zhuǎn)化為無害的氮（N2），水蒸氣（H2O）轉(zhuǎn)化為氨，氨本身并沒有毒，只是一種帶有很強(qiáng)氣味的氣體，為了達(dá)到環(huán)保要求，將氨氣通過噴射的形式注入排氣管，與廢氣產(chǎn)生催化作用，形成無污染或污染小的混合物質(zhì)。

柴油車污染物主要包括碳?xì)浠衔铮ā癏C”）、氮氧化物（“NOx”）、二氧化碳（“CO”）和顆粒（“PM”）。由于柴油機(jī)燃燒方式的的特殊性，HC和C0的排放量明顯低于汽油發(fā)動機(jī)的排放量，但有大量的N0X和C0的生成，所以柴油機(jī)主要抑制尾氣NOx和PM的生成，并能符合國四或歐四的標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到更高等級的標(biāo)準(zhǔn)，需要缸內(nèi)凈化和尾氣后處理雙管齊下，世界上有兩個(gè)比較先進(jìn)的技術(shù)渠道：EGR+DPF線路，由美國汽車所代表;優(yōu)化燃燒+SCR線路，由歐洲汽車所代表。

3.1 EGR+DPF路線

EGR+DPF路線：減少氣缸中混合氣體的氧氣含量，降低了氣缸中最大燃燒溫度，并防止了氮氧化物的形成。操作原理是：一部分廢氣通過空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的EGR閥，一部分廢氣通過進(jìn)氣管道和新鮮空氣進(jìn)入氣缸再次參與燃燒。廢氣中的二氧化碳會降低了燃燒過程中的最大溫度，抑制了氮氧化物的產(chǎn)生，并降低了廢氣中氮氧化物的含量。碳粒通過后處理系統(tǒng)作用，進(jìn)行過濾，抑制較大顆粒排入大氣，抑制污染環(huán)境。

優(yōu)點(diǎn)：無需增加尿素，操作成本低，無需配備設(shè)備，無需增加藍(lán)水箱，重量低于SCR系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：燃油品質(zhì)要求較高，硫含量低于50 ppm，需要加裝設(shè)備，還要加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3.2 優(yōu)化燃燒+SCR路線

該工藝主要用于通過內(nèi)部清潔技術(shù)控制氣缸中的PM形成，優(yōu)化柴油機(jī)的噴射和改進(jìn)氣缸的內(nèi)燃。只有SCR技術(shù)才能在后處理過程中減少NOx排放，從而使NOx和PM排放達(dá)到要求。

其工作原理是通過控制噴油軟件等措施，在發(fā)動機(jī)氣缸完全燃燒，使發(fā)動機(jī)的PM排放達(dá)到國家五標(biāo)準(zhǔn)。對于生產(chǎn)的N0x，在汽車排氣系統(tǒng)中加入控制噴射器裝置，將排氣中的NOx轉(zhuǎn)化為氮和水，并通過“選擇性催化還原過程”從車上去除。

優(yōu)點(diǎn)：無需改變發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，柴油機(jī)在優(yōu)化燃燒后，發(fā)動機(jī)的燃料消耗量可以增加5%至7%。如果扣除加藍(lán)成本，情況還會進(jìn)一步改善在3%至5%之間，尿素溶液是安全的，價(jià)格低廉，容易獲得，特別是對硫和油不敏感。

缺點(diǎn)：添加尿素，即加藍(lán)，并安裝備用設(shè)施，提高車輛質(zhì)量，添加NOX傳感器，以確保閉環(huán)控制以滿足國v標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 兩條技術(shù)路線的比較

4 總結(jié)

歐曼GTL重卡在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中處于主力軍的地位，我們既要保證合理利用車輛最大限度的為社會服務(wù)，又要考慮車輛的環(huán)保問題，這就需要車輛在研發(fā)中要綜合考慮，最大限度的控制尾氣的排放，探討更加合理科學(xué)的后處理技術(shù)，還大自然青山綠水，碧海藍(lán)天。

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