選擇性催化轉化系統（SCR）分總成簡介

      壓燃式柴油機由于柴油及其燃燒方式的特征，排放的HC、CO相對汽油機少的多，但排放的NOx和PM大量并存。因此，柴油機排放控制的重點應該是降低顆粒物和NOx的排放量。為了滿足歐Ⅳ及以上排放要求，柴油機單靠燃燒改進等機內凈化技術已經很難滿足越來越嚴格的排放法規，尾氣必須通過柴油機外的排放后處理裝置才能達標，而SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）是實現歐Ⅳ/Ⅴ最快捷的途徑，也是實現歐Ⅵ的必要手段。同時，采用SCR技術的發動機可以更有效的降低NOx的排放，并且有明顯的節能特點。

    SCR是指安裝在柴油汽車排氣系統中，將柴油機排放中的NOx催化還原成N₂和O₂的催化還原裝置，選擇尿素水溶液作為還原劑。尿素水溶液噴射到催化劑逆流方向的排氣管中，在廢氣溫度和氣流的作用下氣化分解為CO₂和氨水，氨水作為還原劑將NOx還原成無污染的氮氣和水。尿素溶液必須根據發動機工況狀況定量噴射，所以定量噴射單元的邏輯控制電路是與發動機控制單元相連接的。SCR的工作效率取決與氣體溫度，如果在200℃到500℃的溫度工作，其效率是85%，實際車輛的操作條件都可以達到這個要求。歐Ⅳ標準要求轉化率50%，歐Ⅴ標準要求轉化率70%，所以SCR系統完全滿足要求。

目前，國內的柴油機生產企業應對即將到來的第Ⅳ階段和第Ⅴ階段排放標準的方案已趨于一致，即SCR技術路線是我國重型柴油機達到第Ⅳ階段排放標準的最佳選擇。

• SCR系統介紹

1、基本組成

SCR系統主要由尿素罐、尿素泵、尿素噴嘴、催化消聲器、尿素管路及控制單元等組成，如下圖所示：

2、工作原理

當SCR系統工作時，電控單元采集柴油機的轉速和扭矩信號、排氣管中的排氣溫度信號、催化器溫度信號后電控單元根據輸入參數，查找存儲的尿素噴射脈譜圖，計算出此時所需的尿素量。經過驅動電路，轉化為噴射脈沖信號，控制尿素泵動作。尿素泵將一定量的尿素從尿素罐中抽出，加壓過濾后送到計量控制單元，形成具有一定壓力的尿素待用。同時壓縮空氣接通，當發動機的排氣溫度達到要求時，計量控制單元將一定量的尿素噴出并與壓縮空氣混合噴入SCR催化器入口前端。在排氣管的混合區，尿素遇高溫分解成NH₃和H₂O，與排氣充分混合后進入SCR反映裝置。在催化反應區，NH₃和NOx反應生成N₂和H₂O，排到大氣中。

SCR系統的基本反映如下所示：

CO(NH₂)₂ +H₂O→2NH₃+CO₂             (1)

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O              (2)

4NH₃+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O            (3)

4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O              (4)

反應式（1）為尿素的分解反應，（2）-（4）為基本的SCR反應，其中（3）的反應速率最快，（2）為標準SCR反應。

• SCR系統零部件介紹及安裝布置要求

1. 催化消聲器

催化消聲器是一個集催化器和消聲器于一體的催化消聲裝置（如需尾氣加熱功能還可集成尾氣加熱器），代替了傳統的消聲器系統。催化消聲器內部有三個串聯并相互獨立的單元組成，包括氨擴散器、催化器和消聲器。擴散器負責將帶有氨的排氣均勻的分布在催化器的表面，催化器負責加速NO_X的還原，消聲器消除發動機排氣系統的噪音。為了防止氨氣腐蝕，催化消聲器整體采用不銹鋼材料制造，其內部催化器工作過程中需要表面最低溫度達到200℃，因此布置時應盡量靠近發動機，催化器入口必須位于距增壓器出口1～4m的地方。催化器前后設有兩個溫度傳感器，用于檢測催化器前后溫度，以此來判斷催化器表面溫度，確定AdBlue的噴射量。

催化消聲器的形狀為圓柱形，其出口和入口構造可根據客戶要求設計，若需提供其它外形的催化消聲器可向益科技術部咨詢。由于增加了擴散器和催化器，使得催化消聲器的重量有所增加，大約是同等傳統消聲器的兩倍。因此建議客戶根據催化消聲器的重量更新催化消聲器安裝系統的設計，使其能夠承受催化消聲器增加的重量。為了防止催化消聲器內部陶瓷載體免受劇烈震動，安裝系統需要采取減震設計，催化消聲器支架與車輛大梁之間需要使用彈性減震裝置。渦輪增壓器出口和催化消聲器之間使用金屬軟管鏈接，可使催化消聲器內的催化器免受震動。

添藍具有腐蝕性，再加上熱量，會急劇腐蝕低碳鋼部件。因此在排氣管路中，從添藍噴嘴上游200mm處開始一直到下游催化消聲器的排氣系統管路必須采用304或439級不銹鋼。

     催化消聲器應盡量水平布置，若需要其它布置方式請向益科技術部咨詢。

2、添藍罐

    添藍罐采用聚乙烯材料，具有堅實可靠，耐腐蝕性強，結構簡單，使用方便等特點。SCR系統所使用的是32.5%的尿素水溶液，即添藍。添藍罐的體積由添藍用量決定，對于歐4系統，用量相當于燃油消耗量的5%，對于歐五系統，用量是燃油消耗量的7%。添藍在-11℃時開始結冰，結冰時體積將膨脹9%，因此添藍罐內將提供10%的膨脹容積。

       添藍罐還提供了液位和溫度感應裝置。系統診斷、空罐指示、尿素用量監控和驅動儀表板儀表都需要有連續的液位傳感器。當罐內液位到最低點以下時，將發出液位警告。如果罐變空，將發出空罐警告。液位傳感器能檢測出3.0升的罐容積變化。在傳感器指示100%滿后，在增加的罐儲量不應超過2.0升。當罐用經過認證的防濺噴嘴住滿時，液位傳感器應該指示100%的液位。溶液溫度傳感器將監測添藍的溫度，以確定何時啟動罐加熱器，以及檢測加熱器工作是否正常和過熱。如果溶液溫度低于0攝氏度，將啟動加熱器，在溫度升到7攝氏度之前加熱器將保持打開。罐上部設有通氣閥，用于平衡罐內外氣體壓力。罐內裝有添藍粗濾器，以防止大于0.1mm的大顆粒進入噴射系統。罐的底部設有殘液放出螺栓孔。

添藍罐安裝與油箱同側，距離油箱近一些，方便加液。但不能貼在一起，因為油箱溫度較高，有可能加熱添藍，引起添藍性質變化，造成后處理系統不能正常工作。罐體要采用豎直布置形式，上方留出空間便于清洗罐中的濾清器，同時尿素溶液的加注口應朝外，便于加液。添藍罐布置要遠離熱源，布置時留出尿素管路走向空間。尿素罐不能布置在整車的最低點，采用支架給尿素罐以支撐。

3、計量泵

    計量泵是一個高精度單元，用來將所需要的添藍噴入排氣后處理系統內。該部件應輕拿輕放，如果跌落會損壞內部的精密控制部件，導致計量泵損壞。

計量泵內部由一個24V電動泵和計量系統組成，與來自車輛壓縮空氣系統的空氣共同作用，將霧化的添藍通過噴嘴噴入催化器上游的排氣系統內。計量泵需要從車輛系統獲得6～12巴的供氣壓力。壓力調節器（4.5巴）和閥總成安裝在計量泵上?？諝怆姶砰y工作時溫度較高，不應封閉起來或位于易受熱量影響的底盤部件附近。為保護計量泵，使壓縮空氣系統中污染物不能進入，在所有配備SCR的車輛上都要求使用一個專用的5微米的濾清器。

     計量泵上分布有一個來自添藍罐的添藍進液口、一個通往噴嘴的添藍出液口、一個通往添藍罐的添藍回液口和一個壓縮空氣進口。系統正常運行時，打開鑰匙后能聽到泵運轉時發出的短促的聲音，計量泵內部開始運轉，當發動機起動時，泵進入“起動加注”模式，尿素通過供給管輸送，通過回流管回到罐中。這將至少持續三十秒。在這三十秒起動加注結束時，泵將起動空氣電磁閥。如果存在空氣壓力而且泵成功完成起動加注，泵將轉換到“定量給料”模式，為噴射添藍做好準備。當排氣溫度達到200℃時，ACU控制計量泵開始噴射添藍。當起動鑰匙關閉后，計量泵會繼續運轉30s,利用壓縮空氣將管路中的添藍吹凈，避免因添藍結晶而造成管路堵塞，所以ACU總電源不能由點火開關控制。計量泵正常工作時的持續電量為32W，內部加熱器工作后，穩態耗電量<200W。加熱時的峰值耗電量<300W，最長持續30秒。計量泵的微處理器由SCR系統的DCU通過一個線束連接控制。

計量泵的安裝位置的震動加速度需小于6G，如不滿足要求需使用減震墊。計量泵只能安裝在一個方向上，在底盤上的位置必須保證Z軸垂直，使用四個螺栓固定，安裝平面度要求0.5毫米以內。在車輛上安裝時，計量泵一般不需要專門防護。建議將其安裝在雨水飛濺和泥污較少的位置，避免過多的暴露或對電器接頭和液體接頭造成潛在的損壞。如果計量泵位于容易受損的位置，須有防護罩。

計量泵工作時ACU需要散熱，所以要注意此部分的通風，不能靠近排氣管、催化消聲器、增壓器等熱源太近。計量泵與噴嘴之間的接管應使用軟管，以允許其和排氣管之間的相對震動。

  4、噴嘴

噴嘴具有四個直徑為0.5mm的孔，具有徑向噴霧排列形狀。噴嘴在管內必須居中且最好安裝在直的排氣管上，但可以安裝在與排氣管中心線垂直的任意徑向角度。最好能將噴嘴放在最不容易受到路面損壞的地方。

噴嘴的安裝點距催化消聲器入口端不少于440mm。噴嘴不應位于彎管下游150mm和上游100mm的范圍內。

5、管路

添藍管是連接添藍罐、計量泵和噴嘴，以供添藍在系統內部流動的管路。系統共有三條添藍管路，從添藍罐到計量泵的添藍進液管，從計量泵到噴嘴的添藍噴射管，從計量泵到添藍罐的添藍回液管。三條添藍管路要求材質耐添藍腐蝕，PTFE、PFA、VITON、EPDM，不要使用丁鈉橡膠-N、氯丁橡膠、硅、聚乙烯或類似的材料，因為他們會與添藍發生化學反應。管的內襯應為PTFE材料，以減少尿素結晶附著在管壁上的危險。管路必須有足夠的強度，不會因為抽吸產生的真空而被壓扁。

從添藍罐到計量泵的添藍進液管工作時的流速為25升/小時，推薦的管路內徑為6mm。從計量泵到添藍罐的添藍回液管內徑應為4mm。理想的罐和計量泵應盡可能的靠近，以縮短管長，減少節流和殘留空氣的影響。當罐和計量泵不相鄰時，可能需要增加回流管的內徑。添藍罐和計量泵之間的管路長度要求小于3米。當計量泵感應到“堵塞”的高阻力時會點亮MIL。

從計量泵到噴嘴的管路應該是柔性的，可允許計量泵和排氣系統之間有相對的移動。在與噴嘴相連的“熱”端，管路應具有耐高溫性。為了保證準確性、向噴嘴快速供給添藍和發動機停機時進行有效清洗，推薦的管內徑為3mm。在發動機停機、點火鑰匙開關關閉以后，供給側的濕區被壓縮空氣吹洗30秒。推薦的管路長為1米，但可接受最大長度為2米。為防止發動機停機后任何未清除的添藍產生結晶，管路走向不應有傾斜，以免截留添藍。最佳的路徑是從計量泵“向下”到噴嘴。

6、添藍罐、計量泵、噴嘴的相對位置

計量泵可以安裝在罐的上方或與罐頂相同的高度上。計量泵不應安裝在罐的下方。噴嘴的安裝高度應低于計量泵。

7、環境溫度對SCR系統和添藍的影響

添藍在-11℃時開始結冰。解凍時，添藍返回正常溶液狀態。為了避免固體或結晶溶液帶來的問題，推薦將添藍保持在15℃的溫度下。這將使系統中的濕部件處于4℃?？赏ㄟ^發動機冷卻液來進行加熱，但流量必須調節至確保發動機溫度不會長時間運行在70℃以下。加熱系統必須能調節熱量，在0℃時啟動加熱，在7℃時關閉。溶液過熱會因為蒸發造成濃度過高，在極端情況下形成結晶造成堵塞。推薦的添藍最高溫度為60℃，但是正常運行溫度應與環境空氣近似。如果車輛長時間在非常低的轉速下或靜態中工作，添藍的用量少，在炎熱氣候條件下，建議保護添藍罐防止其受到陽光照射。

添藍有接近70%的水，在低于-11℃的溫度下結冰時，將沿阻力最小的方向膨脹大約9%。因此罐的結構應能承受凍結、解凍循環。需要為此以及無意中的加注過量提供膨脹空間。推薦在添藍罐內提供10%的膨脹容積。加熱器的位置應靠近罐出口，以便能盡早使用一部分解凍的溶液。不要將探頭和接頭放在罐頂中心，因為當完全凍結成固體后會將其推出。