柴油发动机排气后处理系统各控制方案分析

勒流职业技术学校 周泓杰，陆镇桓

为打赢蓝天保卫战，解决汽车排放问题，相关部门对柴油车提出了更为苛刻的废气排放和节能要求。各汽车生产厂家在尾气排放上不断地进行技术更新，下面列举3种常见的柴油发动机尾气排放控制方案进行分析。

1 排放控制的难点及应对方案

柴油发动机的排放污染物成分包含颗粒（PM）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）等4种。通常CO和HC排放控制较为容易，但PM与NOX排放较难控制，而且PM排放与NOX排放、NOX排放与燃油经济性之间又相互矛盾。因此，降低NOX与PM的排放是柴油发动机排放控制技术的难点。柴油机排放控制方法目前主要有SCR、EGR+DPF及DOC+DPF+SCR等3种技术方案，见表1所列。

SCR含义是选择催化还原器，EGR含义是废气再循环，DPF含义是微粒捕捉器，DOC含义是氧化催化器。

2 技术方案分析

2.1 SCR

SCR系统的基本组成如图1所示，主要由SCR系统、尿素供给系统、尿素喷射系统及控制系统（DCU）组成。催化器系统安装在排气管上，尾气排出，流经SCR系统。喷射单元安装在SCR内部，在DCU的控制下喷射出尿素，尿素在高温下分解成氨气和二氧化碳。NO、NO2及NOX在有氨气的情况下，氧化还原成无毒的N2。DCU检测实时工况，接受各种信号，通过精确计算控制喷射单元。喷射系统正常工作，需要满足以下条件：尿素液液位不低于5%；喷射系统内的尿素液加热到200 ℃左右；柴油发动机冷却液温度不低于70 ℃；尿素供给系统内的尿素液温度介于-7 ℃～40 ℃。

2.2 EGR+DPF

EGR+DPF系统的基本组成如图2所示。发动机工作时将一部分尾气冷却后送回到气缸，降低气缸内的温度，同时氧浓度也降低，这就减少了NOX生成。DPF微粒捕捉器在尾气流经的过程中，捕集碳微粒。当微粒越来越多时，就会导致排气背压高从而影响发动机动力，此时就通过燃烧的方式处理微粒。使用此方案需要使用含硫量低的燃油。

表1 技术方案及说明

图1 SCR系统的基本组成

图2 EGR+DPF系统的基本组成

2.3 DOC+DPF+SCR

DOC+DPF+SCR系统的基本组成如图3所示。尾气从发动机排出，流过DOC时，在200 ℃～600 ℃的温度下，CO与HC几乎全部被氧化成CO2与H2O，同时NO被转化为NO2。尾气再依次通过DPF及SCR，分别处理微粒及NOX。各系统之间通过控制系统的控制，达到较好的化学反应效果，ECM同时检测尾气中相关气体的含量，修正相关控制数据，从而获得较好的净化效果。

3 三种排放技术方案比较

三种排放技术方案在燃油要求、排放指标、方便性等方面各有不同，具体优缺点见表2所列。

DPF需要定期进行再生，再生分为被动再生、主动再生及静止再生，当无法再生时就必须进行DPF的清除或更换。

在上述3种方案中，E G R+D P F方案配套方便，整车投资小；S C R方案整车改动大，投资也大；DOC+DPF+SCR方案整车改动及投资最大，但净化效果最优。

图3 DOC+DPF+SCR系统的基本组成

表2 三种排放技术方案对比