柴油发动机尾气后处理技术应用研究

　　摘要：近些年来，我国经济得到快速发展，但随之而来的是严重的环境污染问题，空气污染最为严重。一系列的环境问题不断出现，其中很大一个原因是汽车尾气的排放不符合标准，为了改善这个情况，政府制定了相关的汽车排放标准，减少排放污染。这就需要相关技术人员对柴油发动机进行改造，使其排出废气符合排放标准。本文主要对目前所使用的柴油发动机尾气后处理技术SCR的应用现状进行分析研究，探讨尾气处理的未来发展趋势。

　　关键词：SCR;柴油机;尾气处理;NOx

　　目前，我国的汽车市场得到不断地发展和扩大，汽车越来越功能性，其使用也越来越多样化，极大的推动了我国经济的发展，起到了不可替代的作用。但是，我们也要承受由于汽车尾气排放带来的污染问题，改善尾气污染现状。汽车尾气中最大的污染气体主要是NOx，以及其他燃烧不充分的气体，柴油发动机中尾气排放处理装置主要针对NOx的处理。现今在市場上比较普遍的尾气后处理技术为SCR技术。

　　1 尾气处理后技术应用现状

　　汽车的排放标准根据其生产注册年限不同其排放标准也不同，现在我国的排放标准其实和欧洲排放标准类似。对柴油机而言，达到国家排放标准，最难的是降低颗粒和氮氧化物的排放，我国的排放标准和欧洲排放标准在排放指标等级上是一致的，就目前而言，欧Ⅳ～欧Ⅵ的排放标准要求较为严格，且逐级递增，因此，为满足该环保要求，许多国家的汽车企业对汽车尾气处理技术下足了功夫。通常情况下，汽车尾气排放控制常用的两种途径为EGR和SCR。

　　1.1 EGR技术现状

　　1.1.1 EGR技术简介

　　EGR技术指的是将柴油排气中的一部分废弃气体通过EGR进入到进气系统，和其他混合气体混合后，再次进入到气缸中进行充分燃烧的过程Ⅲ。EGR技术的基础原理是废气再循环(EGR)+柴油氧化催化器(DOC)/柴油颗粒过滤器(DPF)/颗粒氧化催化器(POC)，这三条途径可以分别实现尾气处理。目前，国内使用EGR技术的主要路线为EGR+DOC+DPF+SCR，普遍运用于各大机厂。

　　1.1.2 EGR技术原理

　　EGR技术将发动机排出的废气再重新送进进气管，与新的混合气体(燃料)一起再次进入气缸进行燃烧反应。但是由于废气中存在大量的二氧化碳等多原子气体，而二氧化碳气体无法燃烧，气缸内同样的体积却少了许多能燃烧的气体，稀释了气缸内混合气体的氧含量，从而使得气缸内的温度降低，减少了NOx的生成。

　　1.1.3 EGR技术限制

　　由于废气重新进入气缸参与燃烧，导致气缸内的设定燃料的纯度和量都发生一定的变化，发动机各个环节和参数也会发生相应的变化，这就无形当中创造了很多不确定因素，对发动机的影响是多方面的，极易影响发动机的整个运行状态。

　　1.2 SCR技术现状

　　SCR技术其路径为“优化燃烧+SCR”，所以简称为SCR技术。SCR技术原理是对柴油发动机内的燃烧过程进行优化处理，使燃料进行充分燃烧，降低混合废气的混合度，使废气中基本为某一化合物，然后再对该化合物进行处理翻。柴油发动机中的燃料经过充分燃烧后的尾气主要为NOx，在随后的尾气处理装置中利用专门的技术系统进行处理，使其达到排放标准进行排放。

　　2 SCR技术的应用原理

　　2.1 SCR系统反应原理

　　就单纯的SCR技术而言，其是独立于发动机的机外净化系统，因为其所有的反应其实是在发动机内反应完成然后排除尾气时才开始的。SCR意为选择性催化还原技术，这一柴油发动机尾气后处理技术在欧洲的使用率很高，基本上所有跑长途的载货汽车都是用的是这种技术，这和欧洲国家的发达程度也有一定的关系。

　　SCR技术的选择性还原主要针对的是NOx，针对NOx的选择性还原技术最初并不用于柴油发动机尾气处理，而是应用于锅炉、焚烧炉、发电厂等的废气排放处理上，因为这些主要使用煤炭作为燃料，废气中会含有较多的NOx，使用该技术来减少NOx的排放。对NOx进行选择性还原的原理是利用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，充分反应，将NOx转化为氮气和水蒸气[3]。但是，直接使用氨气作为还原剂是不现实的，氨气虽然是无毒气体，但是其气味极具“杀伤力”，使人无法接受，这就导致在汽车上无法直接使用氨气。因此，将氨气换为尿素的水溶液，通过向排气管中喷射尿素的水溶液的方法为反应提供所需要的氨气。SCR技术的一个最大的亮点便是其对硫不敏感，不会导致一些硫化物的生成。

　　2.2 SCR工作反应原理

　　2.2.1 SCR系统的反应原理(图1系统工作基本原理)

　　柴油发动机尾气排出后进入排气混合罐，在混合管上装有控制尿素喷射的装置，从而喷入尿素水溶液进入系统，为进一步反应，尿素水溶液需转换为氨气[4]。尿素水溶液不稳定，在高温条件下，尿素和水产生分解生成氨气，此时，将氨气与尾气混合，在SCR系统内，氨气和NOx在催化剂表面进行反应，还原NOx，产生氮气。此外，装置内部还设了氧化环节，参与反应的氨气为使NOx几近完全反应，故氨气的含量必然多余NOx，所以，在反应剩余物中，还有部分氨气的存在，为防止氨气泄漏，所以SCR系统内增设了氧化装置，将多余的氨气氧化为氮气。

　　2.2.2 SCR电控系统的工作原理

　　SCR电控系统是指用SCR电力调整器控制的加热系统，SCR系统的整体运作是在对电控单元严格控制的前提下进行的。SCR电控系统工作时，SCR控制器会接收到来自发动机控制器传递的信息，采集催化器的排气温度、NOx的浓度、催化剂的状态、尿素水溶液的浓度以及尿素水溶液储存箱内的液位等相关信息，根据SCR系统提前设置好的尿素喷射控制标准，喷射尿素水溶液进行反应。此外，为了防止尿素结晶阻塞喷射导管，尿素水溶液停止喷射后，SCR电控系统控制尿素泵将喷射导管中剩余的尿素水溶液抽回尿素箱，在较冷的环境下，电控系统还需要控制启动加热功能对尿素水溶液进行加热，防止其结冰导致系统相关器件损坏[5]。

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文章名称： 柴油发动机尾气后处理技术应用研究

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