浅析东风天锦教练车国六柴油机排放后处理系统

2021-12-23福建船政交通职业学院叶振球

汽车维护与修理 2021年24期

福建船政交通职业学院叶振球

东风天锦教练车车辆型号为EQ5120XLHGSZ6D，搭载WP2.3NQ130E61柴油机，该发动机采用涡轮增压、高压共轨缸内直喷技术，为了达到国六排放标准，该车在排气管上安装了排放后处理系统，主要包含以下部件：DOC（氧化催化器）、SCR（选择催化还原器）、ASC（氨逃逸催化器）、DPF（颗粒捕集器）、4个温度传感器、2个NOx传感器、1个DPF压差传感器、1个尿素喷射系统、固定支架、集成线束等，其结构示意图如图1所示。在开展军民融合进行的驾驶人培训项目中，使用该车型进行驾驶培训、车辆维护保养及简单故障排除。

图1 东风天锦教练车柴油机排放后处理系统结构示意图

1 柴油机排放后处理系统各传感器的功用

1.1 温度传感器

4个温度传感器分别位于DOC前、DPF前（DOC后）、SCR前、SCR后，DOC前温度传感器用于测量DOC前的排气温度，作为可进行主动再生的判定条件；DPF前温度传感器用于监控DPF再生时的温度，判定再生是否正常；SCR前温度传感器用于测量SCR前的排气温度，控制尿素喷射特性；SCR后温度传感器用于测量SCR后的排气温度，更加准确地反馈SCR的反应温度。

1.2 NOx传感器

SCR上游NOx传感器用于测量发动机原排尾气的氮氧含量；SCR下游NOx传感器用于测量发动机尾气的氮氧含量。

1.3 DPF压差传感器

取气口位于DPF前和DPF后，用于监测DPF前后压差，判断DPF是否堵塞或移除，当DPF积炭过多时，压差高故障会被激活，DPF主动再生被禁止，需要对DPF进行专业清洗或更换。

2 柴油机排放后处理系统各载体功用

柴油机排放后处理系统各载体如图2所示。

图2 柴油机排放后处理系统各载体

2.1 DOC（氧化催化器）

DOC为尾气后处理的第一步，内部呈网状结构，表面含有铂、钯等贵金属涂层，能将废气中有害的CO、HC转化为无害的CO2和H2O，并将部分NO氧化成NO2，提高SCR反应速度，此外还可将后喷入后处理系统的燃油点燃，提高排气温度以达到DPF的再生条件。DOC工作原理示意图如图3所示。

图3 DOC工作原理示意图

就目前阶段来说，DOC的转化效率通常能达到60%以上。为了保证DOC具备良好的工作状态，必须使用优质低硫磷配方润滑油，先进的低灰分配方设计及低硫、低磷的方案，能更好地保护尾气后处理装置DOC，从容应对苛刻的国六排放标准。

2.2 DPF（颗粒捕集器）

DPF置于DOC后，主要用于捕集尾气中的颗粒物，以满足国六排放对颗粒数量的要求。柴油机混合气燃烧后产生较多数量的碳颗粒，DPF能够有效净化70%～90%的颗粒物，在DPF捕捉颗粒物的同时，还会对捕捉的颗粒物进行氧化消解，使DPF再生，DPF工作原理示意如4图所示。

DPF使用一段时间后就会出现堵塞现象，此时DPF再生功能便会发挥作用，分为被动再生和主动再生。被动再生是将NO在DOC中氧化为NO2，NO2比O2更活跃，在250 ℃～450 ℃时氧化碳颗粒；主动再生是指实际运行时，排气温度达不到被动再生条件，通过在DOC中喷入燃油并燃烧，从而提高排气温度，使碳颗粒燃烧氧化反应生成CO2。随着DPF的使用，DPF捕集的碳颗粒以主动再生或被动再生的方式在载体内部被燃烧掉，并转变成少量灰分物质，这些灰分是一种不可燃烧的物质，主要构成是润滑油添加剂的化学成分，如钙、硫、锌及磷的化合物，这些物质会不断堆积堵塞DPF，造成发动机限扭、动力下降、油耗上升，甚至直接损坏DPF总成。要避免DPF堵塞就要减少颗粒物的产生，使用的润滑油必须是低灰分、低硫磷配方设计，这样才能更好地保护DPF，避免造成DPF堵塞。当主动再生、被动再生过程不可消解时，则需要更换DPF装置。

2.3 混合器

在DPF和SCR之间设有混合器，其作用是促使喷射进后处理系统的尿素与尾气充分混合。

图4 DPF工作原理示意图

2.4 SCR（选择催化还原器）

在柴油机后处理应用中用于降低发动机尾气NOx的含量。目前SCR使用的还原剂是氨气（NH3）。在实际应用中，尿素在排气管路中预热发生分解，生成NH3和H2O，NH3与尾气中的NOx（主要是NO和NO2）发生还原反应，生成N2和H2O，从而达到降低NOx排放的目的，SCR系统对NOx的转化率可达70%以上。SCR及尿素喷射系统如图5所示。