EGR与SCR系统简介.ppt

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1、EGR与SCR后处理系统简介,Beijing China,Contains confidential proprietary and trade secrets information of CNH Industrial.Any use of this work without express written consent is strictly prohibited.,什么是NOX,柴油机主要污染物,2,包括NO和NO2NO无色气体NO2黄褐色气体由氮气与氧气在一定条件下反应生成(例如燃烧)。产生条件：高温富氧足够的反应时间主要产生于柴油机高负荷工况在阳光下与碳氢化合物反应形成构成光化学烟

2、雾最直接的方式是降低缸内燃烧温度,什么是PM,柴油机主要污染物,3,排气经稀释后通过过滤器所收集到的所有沉积物。主要成分包括碳颗粒,燃油与机油中的重碳氢,硫酸盐,硝酸盐及灰分产生条件低温缺氧燃烧不完全主要发生在发动机低负荷，冷启动状态时柴油机产生的颗粒物都是PM2.5 最直接的方式是提高喷射压力和提高缸内温度来控制PM的排放量,PM颗粒物的危害,柴油机主要污染物,4,11 m及以上颗粒不会进入人体7-11 m颗粒只能进入鼻腔4.7-7 m颗粒可到达咽部3.3-4.7 m颗粒可进入气管及浅层支气管2.1-3.3 m颗粒可进入深层支气管1.1-2.1 m颗粒可达到支气管末梢0.65-1.1 m颗粒

3、可进入细支气管0.43-0.65 m颗粒可进入肺泡,5,全球主要的排放法规,欧盟法规EPA美国法规满足欧盟或美国法规均可日本标准,6,全球排放法规趋势,7,为满足欧IV,V,VI，目前采用的技术手段,NOx 氮氧化合物(g/kWh),PM 微粒(g/kWh),9,8,6,3,2,1,0,7,4,5,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12,0.14,0.16,0.02,微粒捕捉器DPF柴油机氧化催化器DOC,EGR,SCR,PM-optimised combustion减少微粒的优化燃烧,Euro 5,Euro 4,Euro 3,Euro 2,SCR,EGR系统SCR系统两个系统的优缺

4、点,8,9,原理及组成部件,EGR系统,空空中冷器,节气门,空气流量传感器,进气歧管温度/压力传感器,EGR阀,EGR冷却器,柴油机催化氧化器DOC+颗粒捕捉器DPF,涡轮增压器,进气歧管温度压力传感器测量进入气缸的混合气总量空气流量传感器测量进入气缸的新鲜空气总量节气门在某些工况下降低进气歧管压力，使再循环废气可以流入,空气滤清器,以上图片仅供参考,10,部件组成-空气流量传感器,EGR系统,用于测量进入发动机汽缸内的空气流量 发动机电脑利用该传感器保证合适比例的废气再循环进入气缸 常见形式是一个热线式传感器(hot-wire sensor)空气流经此传感器时，部分空气流入传感器内部，吹过传

5、感器内部一个被电加热的导体 空气的流动可以冷却导体，造成其电阻值变化 空气流量越大，电阻值变化越大。发动机电脑根据电阻值的变化根据确定空气的流量 该传感器出厂时与气管配套，不可随意互换,以上图片仅供参考,11,部件组成-节气门执行器,EGR系统,常见多为PWM调制脉宽信号控制 根据进气量的需求，发动机电脑根据进气的要求，通过节气门执行器(2)控制蝶阀的位置 绝不允许直接向节气门执行器通电的方式测试碟阀是否正常工作 维修时，可以用溶剂清洁发动机节气门执行器，然后用压缩空气吹干。但不要将其浸入溶剂中 如果配备了VGT增压器，节气门执行器就会被取消,以上图片仅供参考,12,部件组成-EGR控制阀,E

6、GR系统,常见的EGR控制阀由发动机电脑控制,接收来自发动机电脑的直流电源 常见的EGR控制阀内为常闭阀 常见的EGR控制阀使用内部电机，克服弹簧力打开 常见的EGR控制阀内部有位置传感器用于指示位置 不要施加外力来开关提升阀。不可维修。EGR控制阀总成不可解体,以上图片仅供参考,13,部件组成-冷却器的清洗,EGR系统,注意：以下步骤仅作参考，具体请参考厂家的维修手册 冷却液可能会逐渐形成积碳或者由于其它做功气缸的故障导致快速生成积碳 可以使用安全溶剂或矿物油清洁冷却器内部 彻底加满 EGR 冷却器模块总成 将暴露的模块表面朝上放置，浸泡EGR冷却器一段时间 排出 EGR 冷却器中的液体，用

7、矿物油或溶剂进行冲洗 用压缩空气吹干 EGR 冷却器的内侧。间歇晃动，以清除 EGR冷却液内部松动的碎屑 用水冲洗冷却器的冷却液侧以降低溶剂或清洁剂进入冷却液的可能,以上图片仅供参考,14,部件组成-EGR冷却器的检查,EGR系统,注意：以下步骤仅作参考，具体请参考厂家的维修手册 断开冷却器冷却液进口或出口接头和 EGR 阀冷却液管接头的其中一个 在断开的冷却液管上连接并固定一根调压空气供应软管 将 EGR 冷却器放入热水箱中 EGR 冷却器必须完全浸入水中 施加一定的的气压 检查有无气泡从冷却器冒出 核实气泡不是由于管接头松动或残留的空气造成的 如果 EGR 冷却器泄漏，必须更换,以上图片仅

8、供参考,15,部件组成-DOC氧化催化转换器,EGR系统,氧化催化转化器可以降低碳氢、一氧化碳以及部分微粒 氧催化转化器是一个圆筒形的陶瓷载体，中间有许多细长的通道，可以大大增加陶瓷载体内部的表面积 活性催化材料是用真空金属化的方法加到陶瓷表面的，有害物质与催化材料接触时就会被转化 利用发动机尾气热量加热陶瓷体表面的催化剂到足够温度,有效降低尾气中可分解有机颗粒 90%未燃烧或部分燃烧的HC被转化成水蒸气和CO2，有害的CO被转化成CO2.,Diesel Oxidation Catalyst,氧化催化转化器,16,部件组成-DOC的检查,EGR系统,发动机停机后，DOC设备仍然会长时间保持高温

9、如果从涡轮增压器出口到DOC设备，能够看到发动机机油或燃油的痕迹，则必须更换后处理柴油氧化催化器通过检查，如果堵塞(1)的单元少于 50%，则后处理柴油氧化催化器能够继续使用。如果超过 50%的单元依然堵塞(2)，则更换后处理柴油氧化催化器注:使用高硫燃油可以产生硫酸盐颗粒而堵塞单元,17,部件组成-DPF颗粒捕捉器,EGR系统,柴油的不完全燃烧将产生一种物质：碳烟。蜂窝状陶瓷壁从尾气中捕获碳烟和其他灰份在DPF中把收集来的碳烟进行氧化的过程叫做再生 Regeneration,以上图片仅供参考,碳烟灰分,常见故障,EGR系统,18,过多的碳烟被过滤在DPF表面上导致排气背压过高由于DOC为整体

10、设备，从外观无法看出任何问题，只能对其进行打散 某些特定的发动机工况下，会导致DOC内部的催化器元件高温熔化,EGR系统SCR系统两个系统的优缺点,19,20,选择性催化还原系统的原理,SCR系统,SCR 系统将发动机排气中的氮氧化合物(NOx)转化为氮气和水。这个反应需要向排气中喷入柴油机排气处理液(一种易于分解为氨的氮化合物)排气处理液由精确的加料装置喷射到催化器上游的排气中。喷射的 尿素溶液数量由发动机 电脑进行控制。氨与 NOx在一个催化器里发生反应，产生无害的氮气(N2)和水(H2O),1,2,3,喷射尿素溶液(NH2)2CO,分解过程尿素和水受热分解为氨(NH3),NOx 的催化反

11、应NO 和 NO2与氨在催化剂作用下发生反应，生成N2 和水蒸气,4,氨泄露未与NOx反应的微量氨被分解为N2,21,组成部件,SCR系统,组成部件,SCR系统,22,催化出口温度,尿素罐,EDC,尿素泵,尿素罐液位和温度传感器,NOx 传感器,SCR催化装置,湿度传感器,尿素温度传感器,尿素压力传感器,尿素控制电脑,催化入口温度,通过CAN,尿素喷嘴,混合器,23,组成部件-续,SCR系统,尿素控制电脑尿素泵尿素喷嘴排气催化器总成 消声器 催化器砖传感器 进口排气温度传感器 出口排气温度传感器 尿素罐液位 尿素罐温度 NOx传感器其他 供应管/回流管 系统加热(水或 12/24 VDC),以

12、上图片仅供参考,尿素是在农业、医药、食品及化妆品中广泛采用的原料，而且非常安全排气处理液是什么样的 32.5%的尿素水溶液 无毒、无污染、无爆炸性、不易燃 清澈的液体 可能有轻微的氨气味 泄漏出来的DEF很容易因为水分蒸发而变成白色的DEF结晶 在-11C时开始结冰,24,组成部件-尿素,SCR系统,以上图片仅供参考,25,组成部件-尿素溶液的储存,SCR系统,以下内容根据ISO 22241-1 至22241-4 条款得出，详情请参考厂家的手册建议存放温度低于 30 C，高于-11 C。高温可能导致DEF中的水蒸发使溶液的浓度提高在车辆上最高存放温度不得超过 50 C。不推荐在车辆上储存超过

13、6 个月以下状态是长期保存尿素溶液的理想环境，至少可被保存18个月：储存温度在-5 25 C之间 储存在密封的容器里，避免被污染 避免直接的日光照射环境温度每增加 5 C，降低寿命 6个月(例如 30 C时，保质期为12个月；35 C时保质期为6个月),26,组成部件-尿素溶液的处理,SCR系统,接触尿素溶液是无害的。但与以下物质长期接触时，会起化学反应造成腐蚀：碳钢、铸铁，以及镀锌钢板 铜、铜合金、锌和铅 含铅、银、锌或铜的固体 铝和铝合金 镁和镁合金 镀铬的塑料或金属如果与以上提到的物品接触，必须立即擦干净在储存、运输、分配尿素溶液时，使用的任何容器、漏斗等，使用前必须用干净的蒸馏水洗干净

14、、除去污物,27,组成部件-尿素溶液的现场检查,SCR系统,可以使用折射计，测量尿素溶液的浓度,28,组成部件-尿素罐,SCR系统,尿素罐应保持清洁，尤其是加注口尿素罐内应带有液位传感器和温度传感器尿素罐应能被加热，避免尿素结晶更换尿素罐时，应更换相同零件号的产品,29,组成部件-尿素控制电脑 DCU,SCR系统,尿素控制电脑DCU。通过CAN线与发动机控制电脑进行数据通信，对排气处理各执行元件进行控制 控制尿素泵的加压和卸压 控制尿素喷嘴的喷射量及喷射时刻 控制整个系统的预注及排空 控制整个系统的加热与解冻 对整个系统进行自诊断控制并将故障码发送给发动机控制电脑,30,组成部件-尿素泵,SC

15、R系统,尿素泵是在DCU控制下的泵送设备，它能够 给系统提供规定的压力 自行保持及稳定系统的压力 内有温度传感器感知内部温度 内部加热电路在寒冷的条件下可对内部元件加热压力的产生是由一个电机带动膜片泵建立的价值比较高,1.尿素溶液至储罐返回管路系统 2.从定量供给单元来尿素溶液返回管路系统 3.尿素溶液出口 4.尿素溶液入口 5.电气连接插头 6.DCU 系统连接器 7.滤清器 8.预过滤器,31,组成部件-尿素喷嘴,SCR系统,在尿素控制器的控制下，向排气中喷射尿素溶液 喷嘴对尿素溶液进行初级雾化安装在分解管上 安装角度和位置至关重要 分解管对尿素溶液进行二次雾化通过发动机冷却液冷却,32,

16、组成部件-EGP 催化器,SCR系统,气体入口,入口气体温度传感器,出口气体温度传感器,气体出口,33,组成部件-EGP 催化器续,SCR系统,包括：扩散区：让尿素溶液中的NH3充分扩散催化器砖：多孔陶瓷上特殊金属的涂层进行催化转化催化砖包括SCR砖 和NH3泄露转化砖消声部分进口与出口排气温度传感器、NOx传感器的安装凸台,1,2,3,4,1,2,4,3,34,组成部件-催化器砖,SCR系统,小心处理催化器砖由陶瓷制成 催化器陶瓷载体 涂层 涂层有毒！五氧化二钒-V2O5 三氧化钨-WO3 二氧化钛-TO2 氨(由尿素转化而来)-NH3,35,组成部件-Nox传感器,SCR系统,系统接口,C

17、AN总线,催化出口传感器,氮氧化物传感器总成是由传感器和转换模块组成。电化学反应的传感器将NOx的含量变为模拟的信号传给模块，模块将信号直接变为通信信号发到CAN总线上。NOX传感器是一个整体，不可单独更换零件不可维修不可以重新编程用水冲洗会造成传感器损坏,36,组成部件-Nox传感器续,SCR系统,传感器上的透气膜片和透气孔,传感器接头内部的压力平衡孔，严禁用水冲洗,37,组成部件-Nox传感器续,SCR系统,防水透气材料,控制电脑安装时应远离排气高温部件，选取震动较小的区域,38,组成部件-进排气温度传感器,SCR系统,在 EGP上有两个温度传感器。分别安装在排气处理器的进口和出口处，检测

18、进入和排出排气处理器的排气温度尿素的喷射量与排气处理器两侧温差有重要关系为了避免插接错误，两个传感器用颜色区分,39,常见故障,SCR系统,上图：正常的排气管,上图：被堵塞的排气管,低负荷或不适当的安装产生氰尿酸聚合，让服务解决起来很困难,40,常见故障,SCR系统,糟糕的封装或剧烈的振动会损坏催化器载体，且难以被发现,41,常见故障,SCR系统,失效的喷嘴或涡轮增压会导致催化器过热、融化或涂层损坏，而服务时却难以发现,常见故障,SCR系统,42,接头质量不好或长期接触腐蚀性物体，将严重影响后处理系统的正常工作,EGR系统SCR系统两个系统的优缺点,43,44,EGR系统 VS SCR系统,问题/劣势发动机成本增加废气再循环系统的可靠性燃油经济性差(5-8%over SCR)发动机功率密度受限制需要低硫含量的燃油发动机散热量增加(相对欧三散热量增加 25%左右，影响整车冷却系统匹配)需要颗粒过滤器升级到欧五的开发成本高优势机内氮氧化物处理不需要额外的还原剂,问题/劣势排放处理液（AdBlue）排放处理液的存储需要基础设施提供排放处理液排放处理液的成本优势可以提高发动机的功率密度发动机本身不需要大的改动燃油经济性改善从欧四到欧五的升级不需要发动机硬件系统的更改对燃油硫含量有较好的容忍度（相对EGR）维护成本较低,EGR SCR,45,问题与讨论,46,