國五柴油發(fā)動(dòng)機(jī)SCR系統(tǒng)的應(yīng)用及保養(yǎng)

張珠讓

摘 要：國五柴油機(jī)SCR系統(tǒng)是目前我國實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)國五排放標(biāo)準(zhǔn)使用最為廣泛和成熟的技術(shù)，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。正確使用和維護(hù)SCR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。

關(guān)鍵詞：國五柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；SCR技術(shù)；排放；保養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TK428 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.020

隨著我國機(jī)動(dòng)車擁有量的逐年增加，機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排放對環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重。其中柴油機(jī)排放物包括顆粒（PM）、氮氧化物（NOx）、硫化物（SOx）、一氧化氮（CO）、氮?dú)浠衔铮℉C）、二氧化碳（CO2）等。顆粒（PM）是霧霾的誘因之一，而氮氧化物、硫化物、一氧化氮和氮?dú)浠衔锒紝儆卸練怏w，二氧化碳本身無毒但卻是引起“溫室效應(yīng)”的主要成分。因此國家發(fā)改委和環(huán)保部要求自2018年1月1日起全國所有制造、進(jìn)口、銷售和注冊登記的柴油車，須符合國五標(biāo)準(zhǔn)要求，宣告著國五時(shí)代的全面到來。國五排放標(biāo)準(zhǔn)是基于歐五排放標(biāo)準(zhǔn)制定的，但其中有些標(biāo)準(zhǔn)值限制比歐五排放標(biāo)準(zhǔn)要更加嚴(yán)格。

1 國五柴油發(fā)動(dòng)機(jī)SCR系統(tǒng)介紹

為了滿足日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，又能降低柴油機(jī)的油耗，世界各國主要從提升燃油品質(zhì)、采用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)、采用排氣后處理技術(shù)等三個(gè)方面進(jìn)行柴油機(jī)排放技術(shù)的改造升級(jí)。提升燃油品質(zhì)技術(shù)包括降低柴油中的硫含量、膠質(zhì)含量；控制多環(huán)芳烴含量、十六烷值；提高潤滑性能、添加劑的使用等，來降低顆粒等的排放。機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)包括電控高壓燃油噴射技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)等以減少NOx和PM等的產(chǎn)生。這是國三（歐三）、國四（歐四）階段采取的主要措施。而進(jìn)入國五階段后，除了綜合采用以上技術(shù)外，還必須采用排氣后處理技術(shù)。目前歐美國家實(shí)現(xiàn)滿足歐五排放的排氣后處理技術(shù)主要有兩條技術(shù)路線：一種是SCR（選擇性催化還原）技術(shù)，通過機(jī)內(nèi)凈化PM，機(jī)外催化還原；另一種是EGR（廢氣再循環(huán)）+DPF（微粒捕集器）+DOC（氧化催化轉(zhuǎn)換器）技術(shù)，通過機(jī)內(nèi)凈化降低NOx，機(jī)外通過微粒捕捉器過濾PM。

目前我國實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)國五排放標(biāo)準(zhǔn)使用最為廣泛和成熟的技術(shù)是SCR技術(shù)，即ECU通過柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速以及燃油噴射量計(jì)算出NOx的排放濃度，采集SCR催化器的溫度對NOx的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行估算，得到需要的尿素噴射量，通過優(yōu)化噴油和燃燒過程，控制顆粒的產(chǎn)生，使燃燒溫度升高，從而增加NOx的產(chǎn)生，再添加尿素來還原NOx來實(shí)現(xiàn)，其系統(tǒng)布置如圖所示。

采取SCR技術(shù)路線的發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒的過程中，通過技術(shù)手段使柴油充分燃燒從而達(dá)到有效控制PM排放量的目標(biāo)，而NOx則需要在排氣的過程中將其還原為氮?dú)猓∟2）和水（H2O），這一過程的還原劑就是車用尿素溶液。尾氣從渦輪增壓器出來后進(jìn)入排氣管，排氣管上安裝有尿素計(jì)量噴射裝置，在溫度達(dá)到300～500 ℃時(shí)噴入尿素溶液，在催化劑的作用下尿素（NH2CONH2）水解產(chǎn)生NH3和CO2 ，NH3與NOx反應(yīng)，生成氮?dú)夂退懦觥?/p>

車用尿素溶液在催化還原反應(yīng)中的控制是非常精細(xì)化的一個(gè)過程，尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配，尿素的噴入量過少，則達(dá)不到應(yīng)有的處理水平，尿素的噴入量過多，則會(huì)使多余的氨氣排入大氣，導(dǎo)致新的污染。

目前使用的車用尿素溶液一般由32.5%高純尿素和67.5%的去離子水組成。尿素的濃度直接影響氮氧化物的還原率和尿素溶液的結(jié)晶點(diǎn)。過高或過低的濃度不僅不能提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化效率，反而會(huì)造成氨氣的剩余，形成二次污染。

2 國五柴油發(fā)動(dòng)機(jī)SCR系統(tǒng)的保養(yǎng)

除對燃油和機(jī)械部分正確保養(yǎng)外，正確使用和保養(yǎng)SCR系統(tǒng)也是國五柴油發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)別于國三、國四發(fā)動(dòng)機(jī)的主要維護(hù)保養(yǎng)措施。使用和保養(yǎng)措施包括：

（1）保證罐內(nèi)儲(chǔ)存足夠的尿素溶液。行車期間通過儀表觀察罐內(nèi)尿素溶液應(yīng)保證在20%以上，以免行車過程中尿素溶液不足導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火（為保證SCR系統(tǒng)能正常工作，一般ECU設(shè)定尿素溶液儲(chǔ)量低于18%發(fā)動(dòng)機(jī)將無法工作）。如行車?yán)锍梯^大，要隨車攜帶足夠罐裝尿素溶液。

（2）尿素對人體皮膚會(huì)產(chǎn)生刺激灼傷，加注尿素溶液時(shí)要做好安全防護(hù)。如果接觸皮膚，應(yīng)用大量肥皂水或清水進(jìn)行沖洗。

（3）尿素呈堿性，對銅、鑄鐵、焊料、鑄鋁的腐蝕很大。尿素加注不當(dāng)溢出，會(huì)污染罐體和車輛。尿素溶液在加注時(shí)要使用配裝在罐體上的專用加注管。

（4）尿素溶液在加注過程中需要盡量避免雜質(zhì)進(jìn)入溶液和尿素罐中，否則可能會(huì)造成尿素溶液管道和尿素泵堵塞。加注好尿素溶液后，要將尿素罐蓋子擰緊，避免空氣中的污染物進(jìn)入，導(dǎo)致尿素變質(zhì)或結(jié)晶。

（5）為了防止雜質(zhì)，清洗SCR時(shí)必須要用純凈水，不可用自來水。

（6） 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后SCR系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)排出管道內(nèi)殘余的車用尿素溶液，以避免尿素溶液結(jié)晶堵塞噴嘴，因此至少熄火后30 s內(nèi)不要關(guān)閉車輛總電源。

（7）如有尿素溶液結(jié)晶現(xiàn)象，屬正常情況，處理辦法是使用熱水沖洗，既不損壞SCR系統(tǒng)，又能有效的去除結(jié)晶。不可使用清洗劑清洗，否則可能損壞SCR系統(tǒng)中的催化劑，造成SCR系統(tǒng)損壞報(bào)警。

（8）劣質(zhì)的尿素溶液會(huì)影響到SCR系統(tǒng)正常工作，造成發(fā)動(dòng)機(jī)排放嚴(yán)重超標(biāo)，有些車型的尿素傳感器對于尿素溶液的含量具有一定的記憶功能，更換不同品牌的尿素溶液會(huì)向ECU發(fā)出報(bào)警，因此盡可能選用同一品牌、質(zhì)量合乎標(biāo)準(zhǔn)的尿素溶液。

（9）尿素溶液在運(yùn)輸、保管過程中，要避光和避免高溫，未加注使用完的要妥善保管。

（10） SCR系統(tǒng)不正常工作或停止運(yùn)行時(shí)，車輛排放將不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)而造成排放超標(biāo)，此時(shí)儀表板上排放指示燈（MIL）會(huì)點(diǎn)亮，暫時(shí)不影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，但故障持續(xù)時(shí)間過長，車輛會(huì)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩限制器，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

國五柴油機(jī)SCR系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)成本中占有很大比重，正確使用和維護(hù)保養(yǎng)國五SCR系統(tǒng)，是提高車輛運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益的前提，同時(shí)也是車輛排放達(dá)標(biāo)、優(yōu)化我們生活環(huán)境的保證。endprint