柴油机国六主流后处理系统

来源:http://www.pinlue.com/article/2020/02/2120/489957403325.html    日期:2020-9-28    浏览次数136

特别申明:本新闻内容由第三方提供,只作为行业技术探讨,我方不对新闻内容承担任何责任。

 

柴油机国六主流后处理系统

柴油机主流国六后处理系统包含以下部件:

(1) 催化转化器:DOC+SCR+ASC

(2) 颗粒捕集器:DPF

(3) 尿素供给单元、喷射单元

(4) 燃油计量单元、喷射单元

(5) 传感器:温度传感器、氮氧传感器、压差传感器、PM传感器

国六后处理系统技术路线和系统架构

整个后处理系统可以视为由SCR系统和HCI系统两大系统组成。

(一)SCR系统:

SCR系统架构

SCR系统由尿素供给单元(SM)、尿素喷射单元(DM)、尿素液位温度质量传感器、尿素箱、后处理控制单元(ECU)及相应管路和线束构成,如上图所示。

尿素供给单元(SM)将尿素水溶液从尿素箱中供给尿素喷射模块,由压力传感器、隔膜泵、尿素滤芯和反向阀等组成,温度低时可以加热。

尿素供给单元

尿素喷射单元(DM)是将尿素水溶液喷入欧六后处理器中,采用发动机冷却水冷却。

尿素喷射单元

SCR(选择性催化还原,SelectiveCatalytic Reduction)系统采用的还原剂是尿素。尿素NH2CONH2 加 H2O 后在高温下分解成 NH3 和CO2,其工作原理是将还原剂喷入排气管,排气中的氮氧化合物与NH3反应被还原成氮气和水。

ASC(氨过滤器,Ammonia slip catalyst):为防止氨气的泄漏,SCR催化器后有氨催化器,在这个催化器中NH3与O2反应生成氮气和水:4NH3+3O2->2N2+6H2O

SCR反应原理

SCR涂层主要有三种:V基、Cu基、Fe基,其性能对比见下表。

(二)HCI系统

HCI系统架构

HCI系统主要由HCI喷射系统、DOC总成、DPF总成组成。通过温度传感器测到的温度信息,实时监控DPF系统,并将信号传输至ECU,ECU计算碳载量,决定是否需要主动再生以及主动再生的喷油量。因此HCI系统可以称为主动再生时的喷油系统。HCI系统的作用是控制DOC前燃油喷射的喷射精度,燃油在DOC中发生氧化反应,将进入DPF的排气温度提高到600℃以上,使得碳颗粒在DPF中被氧化。

HCI喷射系统的作用是控制DOC前燃油喷射的喷射精度。DPM喷射系统主要有Metering Unit(MU)和Injection Unit(IU)两个元件。

HCI喷射系统

MU是后处理系统中DOC前燃油喷射计量单元,MU从发动机低压油路吸取燃油,无额外的燃油泵。

IU是后处理系统中DOC前燃油喷射单元,布置在排气蝶阀后排气管上,因为与排气直接接触,需要冷却水进行冷却。

(1)DOC(氧化催化器,Diesel Oxidation Catalyst):是含有铂、钯等贵金属涂层的催化剂(氧化作用)。Pt主要用于NO氧化,Pd主要作用为热稳定性。不同的DPF再生方式,与之匹配的DOC涂层中Pt、Pd含量与比例不相同。

在国六系统中,DOC作用至关重要,其主要作用有以下三点:

①将废气里的NO转化为NO2,当废气温度高于300℃后,NO2能够将DPF捕集到的颗粒再生掉——被动再生。

②将废气里的NO转化为NO2,当废气中NO2比例上升后,能够迅速提升SCR的转化效率能力。

③当主动再生需要被激活时,是DOC将IU喷入的柴油氧化,把废气温度提高到600℃左右。

(2)DPF(柴油颗粒过滤器,Diesel Particulate Filter):壁流式结构,捕集排气中的碳颗粒。是一种袋式的颗粒捕集器,其工作原理是:废气流过蜂窝状袋式的颗粒捕集器,气流穿过壁面,颗粒被留在袋内,大部分颗粒通过该方式被捕集。颗粒捕集持续发生,DPF内颗粒会越积越多最终堵塞DPF,必须通过再生的方式清除碳颗粒。DPF载体有对称结构和非对称结构两种。非对称孔设计方案(大孔进小孔出),比对称孔设计方案过滤表面积大,储碳储灰容积大。

DPF再生模式

在DPF工作过程中沉积的碳烟颗粒会逐渐增加排气阻力,恶化柴油机性能,因此必须及时予以清除,这个过程即为再生过程。DPF的再生过程分为被动再生和主动再生两种形式。

被动再生:即硬件自身原因发生的被动性再生过程。主要有三种方式:

①柴油机排气中的NOX(主要为NO)通过DOC后被氧化为NO2,而NO2与DPF中的碳反应,生成NO、CO2、CO排出,达到减少DPF中碳烟的目的。

②尾气中的NO在DOC作用下生成NO2,NO2对被捕集的碳烟有很强的氧化能力,利用产生的NO2作为氧化剂除去DPF中的碳烟并生成CO2,而NO2又被还原为NO,从而达到去除碳烟的目的。

③在大负荷高速行驶情况下,发动机在高排温(300-450℃)情况下把碳直接烧掉。

被动再生

主动再生:实际运行工况时,排气温度达不到被动再生条件( 排气温度250-450 °C ),需通过喷油在DOC中发生氧化反应,将排气温度提高到550°C以上,为DPF再生提供所需要的热量,使碳燃烧氧化反应生成二氧化碳,达到减少DPF内碳烟的目的。

主动再生

(三)传感器

传感器布置

柴油机国六后处理系统上集成有4个温度传感器器、2个NOX传感器、1个PM传感器、1个压差传感器、1个尿素喷嘴;国五只有一个SCR前排气温度传感器和SCR后氮氧传感器。

4个温度传感器,分别位于DOC前、DPF前、SCR前、SCR后;

①DOC前排气温度传感器用于测量DOC前的排气温度,作为可进行主动再生的判定条件。DOC前的排气温度高于250°C时,可进行主动再生。

②DPF前排气温度传感器用于监控DPF再生时的温度,判定再生是否正常。DPF再生时的温度600 ±50°C。

③SCR前排气温度传感器用于测量SCR前的排气温度,控制尿素喷射特性。SCR前排气温度>180°C时,尿素泵开始建压, SCR前排气温度>200°C时,尿素泵开始喷射。

④SCR后排气温度传感器用于测量SCR后的排气温度,增加SCR后排气温度可以使计算SCR的反应温度更加准确。

2个NOX传感器,2个氮氧传感器分上游氮氧传感器和下游氮氧传感器,分别位于DOC前和SCR后;SCR前氮氧传感器用于测量发动机原排的氮氧含量。SCR后氮氧传感器用于测量发动机尾气的氮氧含量。国六后处理SCR系统采用闭环控制,通过各传感器测量数据可精确的控制尿素特性,防止尿素多喷或者少喷。

1个压差传感器,取气口位于DPF前和DPF后。压差传感器用于监测DPF前后压差,判断DPF是否堵塞或者被移除。压力范围0~125kPa。

 

1个PM传感器,安装在SCR下游,用于测量尾气中的PM颗粒物的含量,满足DPF-OBD的监控要求,根据测量积聚的颗粒的阻抗来测颗粒量,并定期加热再生。