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年第期 柴油发动机排气后处理系统概述张立成（中海油田服务股份有限公司，河北 三河 ）摘要：随着 碳达峰越来越近，那么我国汽车排放要求必然会越来越严格，鉴于一些工程服务领域的特殊性，长时间内仍会以柴油机为主。目前柴油车为达到排放要求采用最多的就是上装选择性催化还原装置（）技术，而该系统最重要的一点是需要添加尿素（），若因 系统出现问题，轻则车辆功率下降，燃油消耗增大，排放有害物质增多，重则不能启动，故如何对 系统进行维护就显得格外重要。关键词：系统；尿素（）；（去氮氧化物）；滤芯；设计中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：？，（），：；（）；（）；作者简介：张立成（），男，河北承德人，中海油田服务股份有限公司，本科，勘探（测井）专业工程师，主要从事油田测井机电设备管理及维保工作。引言目前排气后处理转化器一般有催化转化器，柴油机氧化催化转换器（），存储催化转化器（），选择性催化还原转化器（）等，目前 系统是柴油机尾气处理商用最广的，无论是奔驰重卡、曼恩重卡、潍柴、玉柴等厂家均采用 公司的 系统，但由于不同车辆的现场使用要求和空间限制，个别车辆的安装位置和型号略有不同，本文以笔者接触的奔驰 系列和曼恩重卡的 系列在使用过程中 系统的构成工作原理及日常使用及维保展开讨论，通过使用维保发现，这两个系列的尿素控制模块基本一样，故下文仅以曼恩 系列展开论述。系统及汽车尿素简介选择性催化还原技术（）是针对柴油车尾气排放中 的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或 尿 素（），把 尾 气 中 的 还 原 成 和，该技术是目前欧洲及国内主流技术路线，它由尿素箱、尿素供给模块、计量模块、计量管、电控单元等组成。供给模块：通过膜片泵，在一定压力下将尿素水溶液输送至计量模块。计量模块：精确计量尿素水溶液，并与压缩空气混合形成携带尿素水溶液的气流，并将作为气溶胶和壁面薄膜的尿素水溶液输送到计量管。计量管：作为计量模块与排气行程间的接口（中间环节），它将尿素水溶液雾化并均匀地分布在排气管上。电控单元：它与计量电控单元分开，可选择组合在柴油机电控单元中。其主要任务是基于模型、按设定的计量策略计算尿素水溶液的计量。柴油发动机尾气处理液（俗称为：汽车尿素，车用尿素，汽车环保尿素），在中国和欧洲称为 ，在美洲称为 ，在 巴 西 称 为 。是 由 成 分 为 的高纯尿素和 的去离子水组成的高纯度透明液体，有淡淡的氨水气味，如果溅出，水分蒸发会形成结晶，由于尿素（）拥有非常高的水含量，并且在 之下会结冰，这意味着尿素需要加热系统，通电加热定量单元、泵和滤清器的所有内部管路。目前加热方式主要是敷设管路加热尿素（）箱和内部循环有热水的外部管路。系统计量策略在还原介质的特性场（或在发动机台架上得到，或由 假定计算得出）中，要计量的还原介质的数量是柴油机喷 油 量 和 转 速 的 函 数。柴 油 机 冷 却 液 温 度（影 响 的生成物）和系统的工作时间（考虑老化）是作为校正因数引人的。DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.04.029内燃机与配件 由催化转化器的静态工作温度和在它后面的排气温度的差值可得到在两次静态工作温度变化时的校正因数。特别是在有高，存储容量的催化转化器上，推荐将瞬态工作过程和实际存储的 数量作为一个模型，因为 转化器的 存储能力随温度增加而降低。系统尿素反应原理目前市场在售商用车大部分采用选择性催化还原装置。选择性的还原介质可以降低 ，工作时，它优先的从 中选择氧，而非从排气中的氧分子选择。同时，行业内一致认定氨气（）被证明是最好的选择性还原介质。因为 是有毒的，在汽车上主要使用的还原介质来自无害的尿素载体 （）。尿素易溶于水，可在排气中简单地添加计量好的尿素水溶液，尿素水溶液的商品名称为 。在水中有 的尿素质量浓度时，水点达到最小值，为，并形成低共溶混合物，且不会离析。为在排气中精确地计算还原介质，开发了除去 的电子系统（系统）化学反应在选择性催化还原反应前要将尿素变成。这时进行两个化学反应，它们统称为水解反应。首先进行尿素的热分解反应生成和异氰酸：（）接着进行异氰酸与水的水解反应生成和 通过选择有效的催化转换器，在足够的高温（超过 ）时快速地完成第二个化学反应可防止反应物的析出。现代的 转换器还同时承担了水解催化转化器的功能。通过热分解产生的，在选择性催化还原器中的反应按下面的反应式进行：（）（）（）在低温（）主要按反应式（）进行。为在低温时得到高的反应生成物 与 之比应调整在约：。这样在温度为 时就可按反应式（）进行化学反应。在预存储的、有最佳转化效率的 氧化催化转化器中进行 的氧化就可生成 。如果计量的还原介质多于还原时被转换的 ，就会“产出”一些不希望出现的。通过在 转化器后面的附加的氧化催化转化器就可除去。这种拦截的“拦截催化转化器”在必要时可将跑出的氧化成 和。此外，仔细的应用计量好的尿素（）也是必不可少的。应用还原介质的一个重要特性参数是供给比。它定义为需计量的 与现有的排气中的 之比。在理想的转化条件（没有 逸出、没有副反应、没有 的氧化）下，与 的还原率成正比，即在时可 还 原 。但 在 实 际 上，在 逸 出 小 于 ，在静态或动态时只还原 的 。为此，所需的 的量约为所用柴油量的。通 过 预 先 存 储 的 氧化催化反应器的水解反应，目前的 转化器只有在温度约高于 时才能达到超过 的 转化率。在温度为 时可达到最佳的转化率。系统相应组件安装位置及介绍目前配备 系统的车辆视作业现场需求不同，个别安装位置略有区别，公司 系列产品的 还原剂定量控制单元（）模块安装在驾驶室右侧，前桥右轮挡泥板后方，该车 系统将电控及细滤等整合在一起，尿素箱安装于驾驶室左侧，同时尿素容量显示在车内仪表上显示，完整的尾气处理系统如图。执行气缸排气阀（）；定量阀 ；喷口 混合器；箱；定量单元 （除氮氧化物）；气源（，回路）传感器；排气温度传感器 ；消音器；吸入管；回流管；滤清器；进气管；压缩空气（）；液位温度传感器 ；隔离层（氨）；排气温度传感器 ；管滤清器 预过滤器 图 系列排气系统 （去氮氧化物）还原剂定量控制单元 （去 氮 氧 化 物）还 原 剂 定 量 控 制 单 元（）则相当于排放系统的“大脑”，它负责了提供 和空气的作用。它的主要目的是控制 定量和瞬时定量。控制器通过分析传感器信号来计算 定量（喷 射）所 需 要 的 驱 动 信 号，具 体 控 制 工 作 电 路 如图。压缩空气供给回路；箱；气压传感器；中央油门气压传感器；空气控制阀；预过滤器 ；通流阀；液位温度传感器；隔膜泵；温度传感器；滤清器；压力传感器；控制单元；定量阀；喷口；排气温度传感器；催化剂；排气温度传感器；传感器；图还原剂定量控制单元 年第期定量喷射阀定量喷射阀是最终向排气筒中混合和喷射 和空气，并通过喷管将它们细微地分布到排气流中，根据发动机速度、发动机扭矩和催化转化器温度来计算定量值，通过 控制单元调节 定量。具体结构和实物如图。定量阀；定量管接口；压缩空气接口；接口图定量喷射阀维保更换步骤及安装次序每次保养需更换配件如图所示，维保更换步骤及安装次序如下：）拆解管滤（），理论上白色耦合卡子是向下按然后用力拉管滤两端就可以断开，但受限于空间及其他原因，建议用小号一字螺丝刀先将耦合卡子撬松活动后缓慢取下后拉管滤两端，进一步取出管滤。）拆下粗滤连接管的接口端，其中位置为螺丝刀所指处，拆下后取下粗滤与管滤连接管，并更换连接管两端圈。用短柄一字螺丝刀拆出粗滤。）旋松滤芯盖旁的排放螺丝；排出尿素溶液；并更换细滤；底部补偿胶垫；底部密封圈。）仔细检查更换组件是否齐全。）倒序步骤更换复位。图每次保养需更换配件注意事项）尿素溶液为不可燃、可溶于水的无色液体，冰点在 ，同时在 以上会分解产生氨蒸气（辛辣味）所以尽量放到阴凉通风处存放；对于金属材质具有高腐蚀性，尽量避免皮肤接触，如果个人皮肤或者眼睛不小心接触了尿素请立刻用干净的温水清理污染部位，必要时寻医，如不慎误食请立刻喝水来稀释还原剂并尽量吐出来，必要时去医院并说明是 的尿素 溶 液；所 以 更 换 系统各级尿素滤芯时必须佩戴护目镜，同时佩戴相应防护用品（有条件最好佩戴塑胶手套或一次性塑料手套）。）底部排放螺丝及滤芯外壳均为塑料件，所以要严格按照要求旋紧到规定扭矩，其中排放螺丝为，细滤外壳为 。另外，排放螺丝需用 号中孔花型扳手。）正常更换后，需接通电源检测，若有故障码需要及时清除，并执行首次运行程序，同时检查车用尿素的压力大约在 即为正常。）受国情所限，目前国内加油站并未 提供尿素加注服务，发达城市的加油站一般有桶装尿素，鉴于作业特点，建议每次行车前随车配备桶装尿素。相关建议）目前只要是添加尿素的汽车都是通过 系统（车辆自动诊断系统）检测发动机尾气排放，当尾气超标时它会发出警报，便将信息传递给发动机的 （行车电脑或电子控制单元），通过预设的程序来限制发动机的相关参数，因厂家、使用场合、用户要求不同，不同车辆 系统失效或故障时表症也不同，但最多的是表现为限制功率（限制转速）、限制启动次数，所以若加尿素车辆出现类似故障应将 系统纳入排查范围。）鉴于不同国家的排放要求不同，故若在没有实施欧 和欧排放标准国家作业时，需要提前从购买桶装尿素，若桶装尿素液体出入境繁琐，可考虑购买固体车用高纯度尿素，到作业国家后严格按照要求配制，建议使用自行配制尿素时 系统每 小时保养一次。）结合近两年的使用观察，笔者建议使用国内桶装尿素每 小时保养一次即可。按照排放标准和实际工况不同，尿素消耗量为燃油消耗量的，故随车配备尿素适量即可。）每次添加尿素时务必清理加注口周围，以免杂质进入尿素箱堵塞管路。结语受传统使用习惯和思维的影响，社会上目前国内大部分柴油车主例行维保 系统的较少，这里面一部分是 公司原厂配件费用昂贵，另一部分是个人侥幸心理，主观上认为 系统很可靠，更有部分车主私自去掉控制模块或故障后带病行车。虽然现行车辆中 系统仅与发动机功率关联，通过车载控制系统降低功率，但随着环保压力增大，碳达峰的脚步越来越近，不排除以后国家会出台更严格的限制要求，所以从现在开始，逐步的培养对柴油车辆的 系统主动维保意识可谓有一定的环保和经济意义。参考文献：德 卡尔海因茨迪切尔，德 康拉德莱夫等主编，魏春源译，汽车工程手册（中文第版）（德文第 版）北京理工大学出版社 年月第版 年月第次印刷：高忠明，许丹丹，徐军辉，李博 关于载荷及工况对国六重型柴油车排放的影响探讨汽车科技 （）：张磊，薛黎明，王东亮，王慧 重型柴油车“三高”试验 内燃机与配件 （）：杨文龙，汪伟峰，重型柴油车后处理技术进展 内燃机与配件 （）：