国Ⅳ排放重卡气助式与非气助式尿素喷射系统的对比分析

鲍伟东，李焕，郭为君

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

国Ⅳ排放重卡气助式与非气助式尿素喷射系统的对比分析

鲍伟东，李焕，郭为君

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

通过对两种尿素喷射系统进行对比分析，得出空气辅助式尿素喷射系统更适合国内国Ⅳ重型卡车的结论，为国Ⅳ产品的设计、总成的选型、成本控制及车辆售后维修提供依据和参考。

国Ⅳ；SCR；尿素喷射系统

CLC NO.:TK 423Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-51-03

引言

目前国内市场的国Ⅳ排放重卡多采用SCR（选择性催化还原）技术路线，但在喷射系统的选择上不尽相同，非空气辅助式尿素喷射系统与空气辅助式尿素喷射系统是目前主流的两种技术。本文通过对两种技术的原理、特点、性能等优劣势进行分析研究，同时结合重型卡车整车布置的适应性、便利性以及经济性进行对比，为国Ⅳ产品的设计、选型、售后服务、维修保养及成本控制提供依据和参考。

1、两种技术路线的对比

SCR尾气后处理系统的工作原理如下：系统工作时，电控单元采集柴油机的转速和扭矩信号、排气管中的排气温度信号、催化器温度信号后电控单元根据输入参数，查找存储的尿素喷射脉谱图，计算出此时所需的尿素量。经过驱动电路，转化为喷射脉冲信号，控制尿素泵动作。尿素泵将一定量的尿素从尿素罐中抽出，加压过滤后送到计量控制单元，形成具有一定压力的尿素待用。当发动机的排气温度达到要求时，计量控制单元将一定量的尿素喷入SCR催化器入口前端。在排气管的混合区，尿素遇高温分解成NH3和H2O，与排气充分混合后进入SCR反映装置。在催化反应区，NH3和NOx反应生成N2和H2O，排到大气中。

非空气辅助式尿素喷射系统与空气辅助式尿素喷射系统在上述过程中的区别在于：非空气辅助式尿素喷射系统中尿素是通过喷嘴雾化后直接喷到排气管内，由喷嘴来计量尿素量，原理图见图1，而空气辅助式尿素喷射系统则是尿素和空气在泵内进行混合，而后通过喷嘴雾化并喷入排气管内，是由泵来计量尿素量，原理图见图2。

通过对两种型式进行理论分析及试验对比，空气辅助式尿素喷射系统具有以下优势：

1.1 雾化效果好，反应质量高。由于尿素溶液首先在计量泵内进行充分混合，再利用高压空气的喷散作用，以较高的速度夹带着液体喷出，使液体雾化为更加细小的液滴，与尾气能够充分反应，而不受较低的尾气温度影响，如图3所示；

1.2 喷嘴结构简单可靠。非气助式喷射系统喷嘴如图4所示，结构复杂，体积较大，且需要发动机提供冷却水进行冷却，同时需插接线束进行控制，而气助式喷射系统喷嘴如图5所示，结构简单，安装和调整方便，易于维修。

同时空气辅助式尿素喷射系统也具有以下缺点：

1.1 非气助式喷射系统喷嘴对于尿素溶液的喷射量更为精准；

1.2 空气辅助式尿素喷射系统需增加一个储气筒和空气滤清器，用以提供辅助用气。

2、整车布置适应性对比

由于气助式喷射系统喷嘴具有结构简单，无需发动机冷却水冷却的优点，因此在整车布置上安装非常方便，安装位置灵活，喷嘴只需居中安装在直的排气管上即可，可与排气管中心线垂直的任意径向角度，如图7所示。

由于非气助式喷射系统喷嘴多由尿素管接头、冷却水管接头、喷射阀电子接头和冷却器体等几部分组成， 因此结构复杂，不便于安装和维修，安装角度要保持在45°~85°之间及275°~315°之间如图8所示，避免因为排气管的热流上升导致喷射单元额外的热传递及尿素沉积物堵塞喷嘴喷孔，同时为保证尿素液滴在排气管内能够与废气充分混合，喷射单元喷孔位置至下游SCR催化转化器催化剂前端面的距离不得小于400mm，其中喷射单元喷孔下游排气管的直管段长度不小于200mm，这导致在个别排气管较短的车型上会出现无法布置或需额外增加排气管长度的情况。由于非气助式喷射系统喷嘴还需插接冷却水管和线束，常会出现与整车上换档拉杆、进气管、打气泵钢管等部件干涉，软管还会受到排气管高温炙烤产生隐患，如图6所示。

3、国产化程度及成本分析

气助式喷射系统由于喷嘴和计量泵结构简单，技术成熟，目前已实现国产化，产能充沛，在众多国产品牌的后处理系统中广泛应用，成本大致在1500元/套左右，而非气助式喷射系统仍需依赖进口，主要为BOSCH品牌，技术先进但成本较高，对整车成本控制、产能提升、数据标定的开放程度均不利，价格较气助式喷射系统要高2000元/套左右。

4、结束语

由于国Ⅲ排放升级至国Ⅳ后，重卡整车成本增加较大，用户对于整车价格相当敏感，在满足排放的基础上若能具备强有力的成本优势，无疑会大大提高产品的竞争力，同时结合以上性能及成本对标，考虑在整车布置上的方便性和灵活性，文章认为空气辅助式尿素喷射系统更适合中国国情。

[1] GB 17691-2005 《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV、V阶段）》.

[2] 董红义.柴油机NOx选择催化还原技术试验研究与数值模拟[D].北京：清华大学，2008.

[3] 佟德辉，李国样，陶建忠．利用SCR技术降低车用柴油机NOx排放的控制策略研究[J]．车用发动机，2009（10）.

[4] BOSCH公司对外DeNOx2.2x系统介绍[Z].2008.

英特尔研发全新技术 加速自动驾驶进程

Intel developed a new technology to accelerate the process autopilot

谷歌公司最近发布了旗下第一款自动驾驶汽车，近日英特尔集团也带来了全新车载系统解决方案，用于辅助驾驶员以及汽车制造商。

英特尔公司最初的工作致力于提高电脑的运算能力，现在也投身汽车行业，发布了一个名为“车载解决方案（In-vehicle Solutions）”的硬件加软件系列产品，将为未来汽车提供辅助。虽然你无法通过汽车上的触摸屏来玩最新版“使命与召唤”游戏，但是一体式软件解决方案中使用的计算模块能够非常出色地驱动车载信息娱乐（IVI）系统以及自动驾驶元件。更重要的是，英特尔公司相信自己的模块能够发展成各大汽车制造商使用标准化运算器中的一部分，因为该产品可以帮助汽车制造厂商研发资讯娱乐系统的时间缩减12个月，同时研发成本降低一半。

Study of non air assisted urea injection system and air assisted urea injection system on national IV heavy-duty trucks

Bao Weidong, Li Huan, Guo Weijun
(Shaanxi Heavy Duty Truck Co.,Ltd., Shaanxi Xi'an 710200)

To meet the national IV emission standards for diesel engine, the two kinds of urea injection system are discussed,leading to the conclusion that the air-assisted urea injection system is more suitable for the heavy-duty trucks in China, provide the reference for the design of heavy truck, component selection, cost control and vehicle maintenance.

National IV; selective catalytic reduction(SCR); urea in jection system

TK423

A

1671-7988(2014)06-51-03

鲍伟东，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，主要从事商用车整车总布置设计、国Ⅳ产品开发。