淺析東風天錦教練車國六柴油機排放后處理系統

福建船政交通職業學院 葉振球

東風天錦教練車車輛型號為EQ5120XLHGSZ6D，搭載WP2.3NQ130E61柴油機，該發動機采用渦輪增壓、高壓共軌缸內直噴技術，為了達到國六排放標準，該車在排氣管上安裝了排放后處理系統，主要包含以下部件：DOC（氧化催化器）、SCR（選擇催化還原器）、ASC（氨逃逸催化器）、DPF（顆粒捕集器）、4個溫度傳感器、2個NOx傳感器、1個DPF壓差傳感器、1個尿素噴射系統、固定支架、集成線束等，其結構示意圖如圖1所示。在開展軍民融合進行的駕駛人培訓項目中，使用該車型進行駕駛培訓、車輛維護保養及簡單故障排除。

圖1 東風天錦教練車柴油機排放后處理系統結構示意圖

1 柴油機排放后處理系統各傳感器的功用

1.1 溫度傳感器

4個溫度傳感器分別位于DOC前、DPF前（DOC后）、SCR前、SCR后，DOC前溫度傳感器用于測量DOC前的排氣溫度，作為可進行主動再生的判定條件；DPF前溫度傳感器用于監控DPF再生時的溫度，判定再生是否正常；SCR前溫度傳感器用于測量SCR前的排氣溫度，控制尿素噴射特性；SCR后溫度傳感器用于測量SCR后的排氣溫度，更加準確地反饋SCR的反應溫度。

1.2 NOx傳感器

SCR上游NOx傳感器用于測量發動機原排尾氣的氮氧含量；SCR下游NOx傳感器用于測量發動機尾氣的氮氧含量。

1.3 DPF壓差傳感器

取氣口位于DPF前和DPF后，用于監測DPF前后壓差，判斷DPF是否堵塞或移除，當DPF積炭過多時，壓差高故障會被激活，DPF主動再生被禁止，需要對DPF進行專業清洗或更換。

2 柴油機排放后處理系統各載體功用

柴油機排放后處理系統各載體如圖2所示。

圖2 柴油機排放后處理系統各載體

2.1 DOC（氧化催化器）

DOC為尾氣后處理的第一步，內部呈網狀結構，表面含有鉑、鈀等貴金屬涂層，能將廢氣中有害的CO、HC轉化為無害的CO2和H2O，并將部分NO氧化成NO2，提高SCR反應速度，此外還可將后噴入后處理系統的燃油點燃，提高排氣溫度以達到DPF的再生條件。DOC工作原理示意圖如圖3所示。

圖3 DOC工作原理示意圖

就目前階段來說，DOC的轉化效率通常能達到60%以上。為了保證DOC具備良好的工作狀態，必須使用優質低硫磷配方潤滑油，先進的低灰分配方設計及低硫、低磷的方案，能更好地保護尾氣后處理裝置DOC，從容應對苛刻的國六排放標準。

2.2 DPF（顆粒捕集器）

DPF置于DOC后，主要用于捕集尾氣中的顆粒物，以滿足國六排放對顆粒數量的要求。柴油機混合氣燃燒后產生較多數量的碳顆粒，DPF能夠有效凈化70%～90%的顆粒物，在DPF捕捉顆粒物的同時，還會對捕捉的顆粒物進行氧化消解，使DPF再生，DPF工作原理示意如4圖所示。

DPF使用一段時間后就會出現堵塞現象，此時DPF再生功能便會發揮作用，分為被動再生和主動再生。被動再生是將NO在DOC中氧化為NO2，NO2比O2更活躍，在250 ℃～450 ℃時氧化碳顆粒；主動再生是指實際運行時，排氣溫度達不到被動再生條件，通過在DOC中噴入燃油并燃燒，從而提高排氣溫度，使碳顆粒燃燒氧化反應生成CO2。隨著DPF的使用，DPF捕集的碳顆粒以主動再生或被動再生的方式在載體內部被燃燒掉，并轉變成少量灰分物質，這些灰分是一種不可燃燒的物質，主要構成是潤滑油添加劑的化學成分，如鈣、硫、鋅及磷的化合物，這些物質會不斷堆積堵塞DPF，造成發動機限扭、動力下降、油耗上升，甚至直接損壞DPF總成。要避免DPF堵塞就要減少顆粒物的產生，使用的潤滑油必須是低灰分、低硫磷配方設計，這樣才能更好地保護DPF，避免造成DPF堵塞。當主動再生、被動再生過程不可消解時，則需要更換DPF裝置。

2.3 混合器

在DPF和SCR之間設有混合器，其作用是促使噴射進后處理系統的尿素與尾氣充分混合。

圖4 DPF工作原理示意圖

2.4 SCR（選擇催化還原器）

在柴油機后處理應用中用于降低發動機尾氣NOx的含量。目前SCR使用的還原劑是氨氣（NH3）。在實際應用中，尿素在排氣管路中預熱發生分解，生成NH3和H2O，NH3與尾氣中的NOx（主要是NO和NO2）發生還原反應，生成N2和H2O，從而達到降低NOx排放的目的，SCR系統對NOx的轉化率可達70%以上。SCR及尿素噴射系統如圖5所示。

圖5 SCR及尿素噴射系統

2.5 ASC（氨逃逸催化器）

由于車輛可能存在尿素泄漏、反應效率低等情況，尿素分解產生的NH3可能未參與反應而直接排出大氣，這就需要安裝ASC裝置防止氨逃逸。ASC裝在SCR后端，是通過催化氧化作用降低SCR后端排氣中NH3的裝置。

ASC主要作用為將過量的NH3氧化為N2、N2O、NOx：NH3+O2→N2、N2O、NOx，同時再催化NOx、NH3反應為N2：NOx+NH3→N2。

通過以上后處理系統DOC+DPF+SCR+ASC組合的過濾氧化催化反應，使發動機尾氣排放符合國六標準要求。