勒流職業(yè)技術(shù)學(xué)校 周泓杰,陸鎮(zhèn)桓
為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn),解決汽車排放問題,相關(guān)部門對柴油車提出了更為苛刻的廢氣排放和節(jié)能要求。各汽車生產(chǎn)廠家在尾氣排放上不斷地進(jìn)行技術(shù)更新,下面列舉3種常見的柴油發(fā)動機(jī)尾氣排放控制方案進(jìn)行分析。
柴油發(fā)動機(jī)的排放污染物成分包含顆粒(PM)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔铮℉C)等4種。通常CO和HC排放控制較為容易,但PM與NOX排放較難控制,而且PM排放與NOX排放、NOX排放與燃油經(jīng)濟(jì)性之間又相互矛盾。因此,降低NOX與PM的排放是柴油發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)的難點(diǎn)。柴油機(jī)排放控制方法目前主要有SCR、EGR+DPF及DOC+DPF+SCR等3種技術(shù)方案,見表1所列。
SCR含義是選擇催化還原器,EGR含義是廢氣再循環(huán),DPF含義是微粒捕捉器,DOC含義是氧化催化器。
SCR系統(tǒng)的基本組成如圖1所示,主要由SCR系統(tǒng)、尿素供給系統(tǒng)、尿素噴射系統(tǒng)及控制系統(tǒng)(DCU)組成。催化器系統(tǒng)安裝在排氣管上,尾氣排出,流經(jīng)SCR系統(tǒng)。噴射單元安裝在SCR內(nèi)部,在DCU的控制下噴射出尿素,尿素在高溫下分解成氨氣和二氧化碳。NO、NO2及NOX在有氨氣的情況下,氧化還原成無毒的N2。DCU檢測實時工況,接受各種信號,通過精確計算控制噴射單元。噴射系統(tǒng)正常工作,需要滿足以下條件:尿素液液位不低于5%;噴射系統(tǒng)內(nèi)的尿素液加熱到200 ℃左右;柴油發(fā)動機(jī)冷卻液溫度不低于70 ℃;尿素供給系統(tǒng)內(nèi)的尿素液溫度介于-7 ℃~40 ℃。
EGR+DPF系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。發(fā)動機(jī)工作時將一部分尾氣冷卻后送回到氣缸,降低氣缸內(nèi)的溫度,同時氧濃度也降低,這就減少了NOX生成。DPF微粒捕捉器在尾氣流經(jīng)的過程中,捕集碳微粒。當(dāng)微粒越來越多時,就會導(dǎo)致排氣背壓高從而影響發(fā)動機(jī)動力,此時就通過燃燒的方式處理微粒。使用此方案需要使用含硫量低的燃油。
表1 技術(shù)方案及說明
圖1 SCR系統(tǒng)的基本組成
圖2 EGR+DPF系統(tǒng)的基本組成
DOC+DPF+SCR系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。尾氣從發(fā)動機(jī)排出,流過DOC時,在200 ℃~600 ℃的溫度下,CO與HC幾乎全部被氧化成CO2與H2O,同時NO被轉(zhuǎn)化為NO2。尾氣再依次通過DPF及SCR,分別處理微粒及NOX。各系統(tǒng)之間通過控制系統(tǒng)的控制,達(dá)到較好的化學(xué)反應(yīng)效果,ECM同時檢測尾氣中相關(guān)氣體的含量,修正相關(guān)控制數(shù)據(jù),從而獲得較好的凈化效果。
三種排放技術(shù)方案在燃油要求、排放指標(biāo)、方便性等方面各有不同,具體優(yōu)缺點(diǎn)見表2所列。
DPF需要定期進(jìn)行再生,再生分為被動再生、主動再生及靜止再生,當(dāng)無法再生時就必須進(jìn)行DPF的清除或更換。
在上述3種方案中,E G R+D P F方案配套方便,整車投資??;S C R方案整車改動大,投資也大;DOC+DPF+SCR方案整車改動及投資最大,但凈化效果最優(yōu)。
圖3 DOC+DPF+SCR系統(tǒng)的基本組成
表2 三種排放技術(shù)方案對比