國Ⅳ排放重卡氣助式與非氣助式尿素噴射系統(tǒng)的對(duì)比分析

鮑偉東，李煥，郭為君

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

國Ⅳ排放重卡氣助式與非氣助式尿素噴射系統(tǒng)的對(duì)比分析

鮑偉東，李煥，郭為君

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

通過對(duì)兩種尿素噴射系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，得出空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)更適合國內(nèi)國Ⅳ重型卡車的結(jié)論，為國Ⅳ產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、總成的選型、成本控制及車輛售后維修提供依據(jù)和參考。

國Ⅳ；SCR；尿素噴射系統(tǒng)

CLC NO.:TK 423Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-51-03

引言

目前國內(nèi)市場(chǎng)的國Ⅳ排放重卡多采用SCR（選擇性催化還原）技術(shù)路線，但在噴射系統(tǒng)的選擇上不盡相同，非空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)與空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)是目前主流的兩種技術(shù)。本文通過對(duì)兩種技術(shù)的原理、特點(diǎn)、性能等優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析研究，同時(shí)結(jié)合重型卡車整車布置的適應(yīng)性、便利性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，為國Ⅳ產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、選型、售后服務(wù)、維修保養(yǎng)及成本控制提供依據(jù)和參考。

1、兩種技術(shù)路線的對(duì)比

SCR尾氣后處理系統(tǒng)的工作原理如下：系統(tǒng)工作時(shí)，電控單元采集柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩信號(hào)、排氣管中的排氣溫度信號(hào)、催化器溫度信號(hào)后電控單元根據(jù)輸入?yún)?shù)，查找存儲(chǔ)的尿素噴射脈譜圖，計(jì)算出此時(shí)所需的尿素量。經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，轉(zhuǎn)化為噴射脈沖信號(hào)，控制尿素泵動(dòng)作。尿素泵將一定量的尿素從尿素罐中抽出，加壓過濾后送到計(jì)量控制單元，形成具有一定壓力的尿素待用。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度達(dá)到要求時(shí)，計(jì)量控制單元將一定量的尿素噴入SCR催化器入口前端。在排氣管的混合區(qū)，尿素遇高溫分解成NH3和H2O，與排氣充分混合后進(jìn)入SCR反映裝置。在催化反應(yīng)區(qū)，NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O，排到大氣中。

非空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)與空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)在上述過程中的區(qū)別在于：非空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)中尿素是通過噴嘴霧化后直接噴到排氣管內(nèi)，由噴嘴來計(jì)量尿素量，原理圖見圖1，而空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)則是尿素和空氣在泵內(nèi)進(jìn)行混合，而后通過噴嘴霧化并噴入排氣管內(nèi)，是由泵來計(jì)量尿素量，原理圖見圖2。

通過對(duì)兩種型式進(jìn)行理論分析及試驗(yàn)對(duì)比，空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1.1 霧化效果好，反應(yīng)質(zhì)量高。由于尿素溶液首先在計(jì)量泵內(nèi)進(jìn)行充分混合，再利用高壓空氣的噴散作用，以較高的速度夾帶著液體噴出，使液體霧化為更加細(xì)小的液滴，與尾氣能夠充分反應(yīng)，而不受較低的尾氣溫度影響，如圖3所示；

1.2 噴嘴結(jié)構(gòu)簡單可靠。非氣助式噴射系統(tǒng)噴嘴如圖4所示，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，且需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供冷卻水進(jìn)行冷卻，同時(shí)需插接線束進(jìn)行控制，而氣助式噴射系統(tǒng)噴嘴如圖5所示，結(jié)構(gòu)簡單，安裝和調(diào)整方便，易于維修。

同時(shí)空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)也具有以下缺點(diǎn)：

1.1 非氣助式噴射系統(tǒng)噴嘴對(duì)于尿素溶液的噴射量更為精準(zhǔn)；

1.2 空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)需增加一個(gè)儲(chǔ)氣筒和空氣濾清器，用以提供輔助用氣。

2、整車布置適應(yīng)性對(duì)比

由于氣助式噴射系統(tǒng)噴嘴具有結(jié)構(gòu)簡單，無需發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水冷卻的優(yōu)點(diǎn)，因此在整車布置上安裝非常方便，安裝位置靈活，噴嘴只需居中安裝在直的排氣管上即可，可與排氣管中心線垂直的任意徑向角度，如圖7所示。

由于非氣助式噴射系統(tǒng)噴嘴多由尿素管接頭、冷卻水管接頭、噴射閥電子接頭和冷卻器體等幾部分組成， 因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于安裝和維修，安裝角度要保持在45°~85°之間及275°~315°之間如圖8所示，避免因?yàn)榕艢夤艿臒崃魃仙龑?dǎo)致噴射單元額外的熱傳遞及尿素沉積物堵塞噴嘴噴孔，同時(shí)為保證尿素液滴在排氣管內(nèi)能夠與廢氣充分混合，噴射單元噴孔位置至下游SCR催化轉(zhuǎn)化器催化劑前端面的距離不得小于400mm，其中噴射單元噴孔下游排氣管的直管段長度不小于200mm，這導(dǎo)致在個(gè)別排氣管較短的車型上會(huì)出現(xiàn)無法布置或需額外增加排氣管長度的情況。由于非氣助式噴射系統(tǒng)噴嘴還需插接冷卻水管和線束，常會(huì)出現(xiàn)與整車上換檔拉桿、進(jìn)氣管、打氣泵鋼管等部件干涉，軟管還會(huì)受到排氣管高溫炙烤產(chǎn)生隱患，如圖6所示。

3、國產(chǎn)化程度及成本分析

氣助式噴射系統(tǒng)由于噴嘴和計(jì)量泵結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，目前已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)能充沛，在眾多國產(chǎn)品牌的后處理系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，成本大致在1500元/套左右，而非氣助式噴射系統(tǒng)仍需依賴進(jìn)口，主要為BOSCH品牌，技術(shù)先進(jìn)但成本較高，對(duì)整車成本控制、產(chǎn)能提升、數(shù)據(jù)標(biāo)定的開放程度均不利，價(jià)格較氣助式噴射系統(tǒng)要高2000元/套左右。

4、結(jié)束語

由于國Ⅲ排放升級(jí)至國Ⅳ后，重卡整車成本增加較大，用戶對(duì)于整車價(jià)格相當(dāng)敏感，在滿足排放的基礎(chǔ)上若能具備強(qiáng)有力的成本優(yōu)勢(shì)，無疑會(huì)大大提高產(chǎn)品的競(jìng)爭力，同時(shí)結(jié)合以上性能及成本對(duì)標(biāo)，考慮在整車布置上的方便性和靈活性，文章認(rèn)為空氣輔助式尿素噴射系統(tǒng)更適合中國國情。

[1] GB 17691-2005 《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（中國III、IV、V階段）》.

[2] 董紅義.柴油機(jī)NOx選擇催化還原技術(shù)試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D].北京：清華大學(xué)，2008.

[3] 佟德輝，李國樣，陶建忠．利用SCR技術(shù)降低車用柴油機(jī)NOx排放的控制策略研究[J]．車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2009（10）.

[4] BOSCH公司對(duì)外DeNOx2.2x系統(tǒng)介紹[Z].2008.

英特爾研發(fā)全新技術(shù) 加速自動(dòng)駕駛進(jìn)程

Intel developed a new technology to accelerate the process autopilot

谷歌公司最近發(fā)布了旗下第一款自動(dòng)駕駛汽車，近日英特爾集團(tuán)也帶來了全新車載系統(tǒng)解決方案，用于輔助駕駛員以及汽車制造商。

英特爾公司最初的工作致力于提高電腦的運(yùn)算能力，現(xiàn)在也投身汽車行業(yè)，發(fā)布了一個(gè)名為“車載解決方案（In-vehicle Solutions）”的硬件加軟件系列產(chǎn)品，將為未來汽車提供輔助。雖然你無法通過汽車上的觸摸屏來玩最新版“使命與召喚”游戲，但是一體式軟件解決方案中使用的計(jì)算模塊能夠非常出色地驅(qū)動(dòng)車載信息娛樂（IVI）系統(tǒng)以及自動(dòng)駕駛元件。更重要的是，英特爾公司相信自己的模塊能夠發(fā)展成各大汽車制造商使用標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)算器中的一部分，因?yàn)樵摦a(chǎn)品可以幫助汽車制造廠商研發(fā)資訊娛樂系統(tǒng)的時(shí)間縮減12個(gè)月，同時(shí)研發(fā)成本降低一半。

Study of non air assisted urea injection system and air assisted urea injection system on national IV heavy-duty trucks

Bao Weidong, Li Huan, Guo Weijun
(Shaanxi Heavy Duty Truck Co.,Ltd., Shaanxi Xi'an 710200)

To meet the national IV emission standards for diesel engine, the two kinds of urea injection system are discussed,leading to the conclusion that the air-assisted urea injection system is more suitable for the heavy-duty trucks in China, provide the reference for the design of heavy truck, component selection, cost control and vehicle maintenance.

National IV; selective catalytic reduction(SCR); urea in jection system

TK423

A

1671-7988(2014)06-51-03

鮑偉東，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，主要從事商用車整車總布置設(shè)計(jì)、國Ⅳ產(chǎn)品開發(fā)。