国五柴油发动机SCR系统的应用及保养

张珠让

摘 要：国五柴油机SCR系统是目前我国实现柴油发动机国五排放标准使用最为广泛和成熟的技术，采用提高排气温度增加废气中氮氧化物，然后喷入适量尿素溶液在催化剂作用下，使氮氧化物生成氮气和水排出，达到控制排放的目的。正确使用和维护SCR系统是提高车辆运行效率的前提，是排放达标、保护环境的重要保证。

关键词：国五柴油发动机；SCR技术；排放；保养

中图分类号：TK428 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.020

随着我国机动车拥有量的逐年增加，机动车发动机排放对环境的污染也越来越严重。其中柴油机排放物包括颗粒（PM）、氮氧化物（NOx）、硫化物（SOx）、一氧化氮（CO）、氮氢化合物（HC）、二氧化碳（CO2）等。颗粒（PM）是雾霾的诱因之一，而氮氧化物、硫化物、一氧化氮和氮氢化合物都属有毒气体，二氧化碳本身无毒但却是引起“温室效应”的主要成分。因此国家发改委和环保部要求自2018年1月1日起全国所有制造、进口、销售和注册登记的柴油车，须符合国五标准要求，宣告着国五时代的全面到来。国五排放标准是基于欧五排放标准制定的，但其中有些标准值限制比欧五排放标准要更加严格。

1 国五柴油发动机SCR系统介绍

为了满足日趋严格的排放标准，又能降低柴油机的油耗，世界各国主要从提升燃油品质、采用柴油机机内净化技术、采用排气后处理技术等三个方面进行柴油机排放技术的改造升级。提升燃油品质技术包括降低柴油中的硫含量、胶质含量；控制多环芳烃含量、十六烷值；提高润滑性能、添加剂的使用等，来降低颗粒等的排放。机内净化技术包括电控高压燃油喷射技术、增压中冷技术、废气再循环（EGR）技术等以减少NOx和PM等的产生。这是国三（欧三）、国四（欧四）阶段采取的主要措施。而进入国五阶段后，除了综合采用以上技术外，还必须采用排气后处理技术。目前欧美国家实现满足欧五排放的排气后处理技术主要有两条技术路线：一种是SCR（选择性催化还原）技术，通过机内净化PM，机外催化还原；另一种是EGR（废气再循环）+DPF（微粒捕集器）+DOC（氧化催化转换器）技术，通过机内净化降低NOx，机外通过微粒捕捉器过滤PM。

目前我国实现柴油发动机国五排放标准使用最为广泛和成熟的技术是SCR技术，即ECU通过柴油机的转速以及燃油喷射量计算出NOx的排放浓度，采集SCR催化器的温度对NOx的转化率进行估算，得到需要的尿素喷射量，通过优化喷油和燃烧过程，控制颗粒的产生，使燃烧温度升高，从而增加NOx的产生，再添加尿素来还原NOx来实现，其系统布置如图所示。

采取SCR技术路线的发动机在燃烧的过程中，通过技术手段使柴油充分燃烧从而达到有效控制PM排放量的目标，而NOx则需要在排气的过程中将其还原为氮气（N2）和水（H2O），这一过程的还原剂就是车用尿素溶液。尾气从涡轮增压器出来后进入排气管，排气管上安装有尿素计量喷射装置，在温度达到300～500 ℃时喷入尿素溶液，在催化剂的作用下尿素（NH2CONH2）水解产生NH3和CO2 ，NH3与NOx反应，生成氮气和水排出。

车用尿素溶液在催化还原反应中的控制是非常精细化的一个过程，尿素的喷入量必须要与NOx的浓度相匹配，尿素的喷入量过少，则达不到应有的处理水平，尿素的喷入量过多，则会使多余的氨气排入大气，导致新的污染。

目前使用的车用尿素溶液一般由32.5%高纯尿素和67.5%的去离子水组成。尿素的浓度直接影响氮氧化物的还原率和尿素溶液的结晶点。过高或过低的浓度不仅不能提高氮氧化物的转化效率，反而会造成氨气的剩余，形成二次污染。

2 国五柴油发动机SCR系统的保养

除对燃油和机械部分正确保养外，正确使用和保养SCR系统也是国五柴油发动机区别于国三、国四发动机的主要维护保养措施。使用和保养措施包括：

（1）保证罐内储存足够的尿素溶液。行车期间通过仪表观察罐内尿素溶液应保证在20%以上，以免行车过程中尿素溶液不足导致发动机熄火（为保证SCR系统能正常工作，一般ECU设定尿素溶液储量低于18%发动机将无法工作）。如行车里程较大，要随车携带足够罐装尿素溶液。

（2）尿素对人体皮肤会产生刺激灼伤，加注尿素溶液时要做好安全防护。如果接触皮肤，应用大量肥皂水或清水进行冲洗。

（3）尿素呈堿性，对铜、铸铁、焊料、铸铝的腐蚀很大。尿素加注不当溢出，会污染罐体和车辆。尿素溶液在加注时要使用配装在罐体上的专用加注管。

（4）尿素溶液在加注过程中需要尽量避免杂质进入溶液和尿素罐中，否则可能会造成尿素溶液管道和尿素泵堵塞。加注好尿素溶液后，要将尿素罐盖子拧紧，避免空气中的污染物进入，导致尿素变质或结晶。

（5）为了防止杂质，清洗SCR时必须要用纯净水，不可用自来水。

（6） 发动机熄火后SCR系统会自动运转排出管道内残余的车用尿素溶液，以避免尿素溶液结晶堵塞喷嘴，因此至少熄火后30 s内不要关闭车辆总电源。

（7）如有尿素溶液结晶现象，属正常情况，处理办法是使用热水冲洗，既不损坏SCR系统，又能有效的去除结晶。不可使用清洗剂清洗，否则可能损坏SCR系统中的催化剂，造成SCR系统损坏报警。

（8）劣质的尿素溶液会影响到SCR系统正常工作，造成发动机排放严重超标，有些车型的尿素传感器对于尿素溶液的含量具有一定的记忆功能，更换不同品牌的尿素溶液会向ECU发出报警，因此尽可能选用同一品牌、质量合乎标准的尿素溶液。

（9）尿素溶液在运输、保管过程中，要避光和避免高温，未加注使用完的要妥善保管。

（10） SCR系统不正常工作或停止运行时，车辆排放将不能达到标准而造成排放超标，此时仪表板上排放指示灯（MIL）会点亮，暂时不影响发动机正常工作，但故障持续时间过长，车辆会启动发动机扭矩限制器，降低发动机的功率。

国五柴油机SCR系统在发动机成本中占有很大比重，正确使用和维护保养国五SCR系统，是提高车辆运行效率和经济效益的前提，同时也是车辆排放达标、优化我们生活环境的保证。endprint