重型柴油機SCR系統的應用探討

周健偉（杭州銀輪科技有限公司,杭州 310000）

重型柴油機SCR系統的應用探討

周健偉
（杭州銀輪科技有限公司,杭州 310000）

重型柴油機應用的過程中，增加了環境保護的壓力。為了解決重型柴油機的環境問題，重型柴油機中采用減排SCR系統，通過此種方法提高重型柴油機節能降耗的水平，優化重型柴油機的運行環境。SCR是指Selective Catalytic Reduction選擇性催化還原技術，在重型柴油機運行中深化減排、環保的思想，因此，本文通過對重型柴油機SCR系統的催化還原進行研究，分析SCR在凈化和降低廢棄物的實踐應用。柴油機由于其動力性強，油耗低等優勢在商用車輛上得到了廣泛的應用。隨著人們環境保護意識的增強，國家環境保護力度的加強，由機動車尾氣排放造成的污染問題也日益突出。重型柴油車排放造成的PM和NOx尤為顯著。在滿足國家環保法規的技術路線上，重柴采用SCR技術降低NOx是主要的技術手段之一。

重型柴油機；SCR系統；催化；還原

面對日益嚴格的尾氣排放標準，采用SCR技術在燃油經濟性和降氮氧方面的優勢凸顯出來。采用SCR技術路線的重型柴油機，主要先機內凈化，以此來降低PM，同時采用SCR技術，降低NOx排放，，體現SCR系統的經濟優勢和效益，促進重型柴油機朝向節能、減排的方向發展。

1 重型柴油機SCR系統的開發

SCR系統的在實際開發中，主要通過試驗方法驗證節能減排的效果，體現SCR系統在重型柴油機中的重要性，進而發揮SCR系統的應用優勢。

1.1 硬件開發

重型柴油機SCR系統的硬件有：轉化器、尿素噴射系統、尿素箱等。例舉較為核心的硬件開發，如：（1）尿素溶液存儲裝置，其可貯存尿素溶液，控制尿素的溫度，而且在存儲裝置的出口部分，安裝粗濾器，以免粒徑過大的尿素進入到噴射系統內，保障尿素噴射系統的安全性；（2）計量裝置，其可在恒定條件下傳輸尿素溶液，計量裝置用于控制尿素溶液的噴射啟停；（3）尿素溶液噴射裝置，其可分為尿素噴嘴、電磁閥兩個部分，利用PWM控制電磁閥的狀態，以此來實現尿素精確計量，將尿素與控制混合，成功送入到排氣管內，實現均勻的尿素霧化；（4）控制器ECU，此部分實現了與重型柴油機的通訊，獲得相關的狀態信息，按照重型柴油機的實際需求，計算出霧化尿素的噴射量。

1.2 尿素噴射控制

尿素是SCR還原劑的載體，其在噴射的過程中還要考慮NOx的濃度、流量等參數，確保尿素與NOx的相符性，以免尿素噴射量過多。控制尿素實際噴射量時，需要注重適度調整，不能出現噴射過度的情況，避免引起新的污染。SCR系統，可以對重型柴油機的變化做出相關的反應，通過催化器中存儲的氨量，主動修正尿素的噴射量，由此促使NOx的排放量能夠降到最低，還能減少NH3的使用量。為了解決尿素結晶和沉積的問題，還要提高排氣的溫度，促進尿素溶液向氨的分解速度，還能提高氨的轉化效率。

1.3 OBD開發設計

SCR系統中的OBD，最主要的功能是診斷，其可參與到重型柴油機SCR系統的多項診斷模塊中。OBD在SCR系統中的診斷方式，主要分為軟件和硬件診，斷兩種方式，按照特定的診斷流程，完成OBD診斷。例如：OBD監測NOx的排放量，重型柴油機中，NOx的排放限值為5g/Kwh、7g/Kwh，OBD可以根據限值調節轉化效率，控制運行工況，如：轉速、扭矩等，測量出NOx的實際效率，進而得出SCR系統的減排效率，如果OBD的監測數值高于SCR實際數值，表示SCR系統出現故障。

2 重型柴油機SCR系統的應用

SCR系統在重型柴油機中的應用，可以分為兩個部分，配合SCR系統中的催化還原，完成NOx的凈化過程。

2.1 還原劑應用

重型柴油機SCR系統中的還原劑是NH3，尿素溶液是還原劑的載體。重型柴油機通過氣助霧化，尿素滴液由壓縮空氣攜帶經過噴嘴，霧化到排氣管內，同時與重型柴油機的尾氣相互混合，控制外界的條件，加快尿素水解成氨的速度，比較重要的因素是外界溫度，避免影響水解的效益。例舉還原劑NH3中的物理反應，如下：

物理蒸發：(NH2)2CO(水溶液)→(NH2)2(固態)+H2O(氣態)

物理熱分解：(NH2)2CO(固態)→NH3(氣態)+HNCO(氣態)

物理水解：HNCO(氣態)→NH3(氣態)+CO2(氣態)

2.2 催化還原應用

催化還原是重型柴油機SCR系統應用中的核心，目的是在NH3的催化下，將高價的N轉變成N2，生成無毒性、無污染的N2，抑制重型柴油機尾氣中NOx的含量，保障尾氣能夠達到國IV的標準，減輕環境保護的壓力。SCR系統在重型柴油機中的催化還原應用如下：

（1）4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

（2）4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

（3）8NH3+6NO2→7N2+12H2O

（4）4NH3+3O2→2N2+6H2O

3 SCR系統在重型柴油機中的發展

隨著汽車數量的增加，重型柴油機的應用規模越來越大，對SCR系統提出了發展的要求，目的是強化SCR系統的優勢，滿足重型柴油機的優勢，限制NOx的排放量[3]。結合SCR系統在重型柴油機中的應用，分析SCR系統的發展。

第一是物理模型和邊界條件的優化，利用O-grid網格和六面體，對SCR內系統進行優化設計，模擬系統載體。例如：尿素水溶液噴霧的模擬，需要對尿素的霧化、蒸發等各個環節都進行模擬，實現動態的優化發展，便于設置噴霧過程中的物理特性。

第二是優化SCR系統中的后粒子軌跡，降低SCR系統凈化時，外界氣流對后粒子氣流的影響，保障粒子可以沿著設定的方向完成噴射，還能解決粒子在壁面形成液膜。

4 結束語

SCR系統在重型柴油機中的應用，在很大程度上提高了柴油機的環保能力，控制柴油機運行中的環境破壞。重型柴油機中的SCR系統，存在很大的發展潛力，致力于滿足環境保護的需求，為重型柴油機的應用提供優質的條件，既可以推進重型柴油機的發展，又可以強調環境保護的重要性，表明SCR系統在重型柴油機中的應用價值。

[1]張紀元.重型柴油機SCR系統應用技術研究[D].山東大學,2013.

[2]沈雅萱.數值模擬在柴油機SCR系統開發中的應用[D].河北工業大學,2012.

[3]楊成宏.重型柴油機SCR催化器控制模型研究[D].吉林大學,2011.

周健偉（1985-），男，浙江臺州人，本科。