陕汽重卡国四产品介绍

陕重汽国Ⅳ产品介绍汽车工程研究院2013年2月一、国Ⅳ排放升级背景二、国Ⅳ排放技术路线介绍三、我公司国Ⅳ产品特点四、后处理系统特点五、国Ⅳ电器系统特点一，国Ⅳ排放升级背景国IV排放标准是国家第四阶段机动车污染物排放标准，我国的汽车排放标准主要是参考欧洲的标准，国III，国IV排放标准污染物排放限值上与欧III、欧IV标准完全相同，从下面的表格中我们可以看到，国Ⅳ标准比国Ⅲ对排放物（PM、NOX）的要求更为严格。国家环保部发布最新公告，按原计划（2012年1月1日）在北京市、上海市销售和注册的、用于公交、环卫和邮政用途的装用压燃式发动机汽车，实施国四标准，停止销售和注册登记不符合国Ⅳ标准要求的相关车辆；自2013年7月1日起，所有生产、进口、销售和注册登记的车用压燃式发动机与汽车必须符合国Ⅳ标准的要求。一、国Ⅳ排放升级背景二、国Ⅳ排放技术路线介绍三、我公司国Ⅳ产品特点四、后处理系统特点五、国Ⅳ电器系统特点二，国Ⅳ排放技术路线介绍汽车排放污染物主要有HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，压燃式柴油机由于柴油及其燃烧方式的特征，排放的HC、CO相对汽油机少很多，但排放的NOx和PM大量并存。因此，柴油机排放控制的重点应该是降低颗粒物和NOx的排放量。为了满足欧Ⅳ及以上排放要求，柴油机单靠燃烧改进等机内净化技术已经很难满足越来越严格的排放法规，尾气必须通过柴油机外的排放后处理装置才能达标。根据汽车工业发达国家的发展经验，当前主要有两条技术路线：EGR+DPF/DOC路线（美国路线）优化燃烧+SCR路线（欧洲路线）1，EGR+DPF技术路线EGR的工作原理是少部分废气经EGR阀进入进气系统，将一部分排气循进气管与新鲜空气混合后进入汽缸燃烧，废气中的CO2可以增加混合气的热容量，降低燃烧时的最高温度，抑制NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量，同时，对于产生的PM（固体微粒）则通过DPF（微粒捕集器）或DOC等后处理方法过滤掉。2，优化燃烧+SCR技术路线SCR的工作原理是首先通过调整喷射软件及其它措施，在发动机汽缸内让其充分燃烧，使本机PM排放达到国Ⅳ。对于产生的NOx，在车辆的排气系统中加上一套电控尿素喷射系统，通过“选择性催化还原”过程，将废气中的NOx转化成氮气和水排出车外。技术路线优化燃烧+SCREGR+DPF/DOC发动机平台继承性国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ可以采用相同的发动机平台发动机本体变化较大，需要较大的中冷器空间新增系统尾气后处理系统+车载诊断系统（OBD）冷却EGR+车载诊断系统（OBD）燃油含硫量控制催化剂对燃油硫含量不敏感过滤体对燃油硫含量比较敏感油耗油耗比国Ⅲ机型可下降约5~7%，考虑到尿素的消耗，也可节约2~3%油耗较国Ⅲ机型升高配套设施需要尿素加注站等基础建设炼油工业降低硫含量的设备改造其他问题需要解决低温下尿素结晶问题冷启动困难，各工况不均匀3，两种技术路线的比较4、国外重卡企业技术路线5、国内重卡企业技术路线——SCR解放东风重汽欧曼一、国Ⅳ排放升级背景二、国Ⅳ排放技术路线介绍三、我公司国Ⅳ产品特点四、后处理系统特点五、国Ⅳ电器系统特点三，我公司国Ⅳ产品特点1、陕汽国Ⅳ进展经过对SCR、EGR两种技术实现方案进行对比分析，并结合我国国情，我公司联合康明斯、潍柴确定陕汽国Ⅳ车型采用SCR技术路线，从2007年开始，便开始康明斯国Ⅳ产品的开发工作，截至2011年年底，我公司已完成了康明斯国Ⅳ主销车型的设计开发、试制、试验及样车试销，潍柴系列主销车型的设计开发、试制试验、生产准备及小批量验证，目前已能满足市场的批量需求目前产品已覆盖德龙F3000牵引车、自卸车、载货车、搅拌车及其他专用车，WP10、WP12、ISM发动机，奥龙系列覆盖牵引车、自卸车、载货车、搅拌车及其他专用车，WP10发动机；M3000系列覆盖牵引车、自卸车、载货车，WP10发动机。2、我公司国Ⅳ产品系谱：3，国Ⅳ相比较国Ⅲ新增加的主要零部件1）、尿素箱及其安装、固定支架2）、尿素喷射泵、固定支架3）、尿素喷嘴、固定支座4）、SCR后处理器（具消声功能）5）、尿素流动管路及辅助加热装置6）、尿素箱尿素加热管路7）、断水电磁阀8）、空气滤清器（康明斯）10）、各种传感器（OBD、温度等）计量泵支架计量泵尿素箱总成后处理器总成喷嘴尿素箱支架SCR箱支架隔热板紧固带底座①潍柴发动机国Ⅳ后处理系统发动机进液管回液管喷射管计量泵上下支架尾气后处理器支架隔热板油气分离器尿素箱支架喷嘴、喷射底座及固定螺母排气管储气筒回液管进液管喷射管水管及接头发动机②康明斯发动机国Ⅳ后处理系统4，国Ⅳ后处理系统在整车上的布置特点国Ⅳ车型的整车布置相对于国Ⅲ车型，重点在于尿素箱、SCR箱、尿素泵的布置，因为国Ⅳ后处理系统的开发采用模块化开发的方式，因此在整车上的布置也具有系列化的特点：尿素箱统一布置在油箱前，便于加液，SCR箱布置在左纵梁一轴之后，双前轴车辆布置在二轴后，尿素计量泵统一布置在车架内侧第一横梁位置。康明斯潍柴牵引车：自卸车：一、国Ⅳ排放升级背景二、国Ⅳ排放技术路线介绍三、我公司国Ⅳ产品特点四、后处理系统特点五、国Ⅳ电器系统特点四，我公司国Ⅳ产品后处理系统特点1、潍柴国Ⅳ后处理系统的组成潍柴SCR系统主要包括控制单元、尿素的供给与喷射单元和催化还原反应单元三个部分，系统组成及布局如下图所示。控制单元与发动机的控制单元（ECU）集成在一起，主要是用来完成尿素的供给与喷射单元、催化还原反应单元及发动机之间的通讯连接和控制；尿素的供给与喷射单元主要包括尿素箱、尿素泵、尿素喷嘴、加热组件及连接管路和线路，用来来完成尿素溶液能够根据需求定时定量地喷射到排气气流中，并保证尿素溶液的充分雾化和分解；催化还原反应单元包括SCR催化转化器、排气连接管及排气温度传感器和NOx传感器等，用来将发动机排气中的主要有害成分氮氧化物还原为氮气。2、康明斯国Ⅳ后处理系统的组成康明斯国Ⅳ后处理系统的组成及工作原理与潍柴国Ⅳ基本相同3、SCR系统工作原理当SCR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。4、化学反应原理采用尿素水溶液作为还原剂，尿素在高温下分解成成NH3和CO2，产生的NH3作为还原剂，将废气中的NOx还原成N2的过程。SCR：SelectiveCatalyticReduction尿素水解为氨气：（尿素喷射系统）(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2(要求温度200℃以上)SCR后处理反应：（SCR催化转化器）NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O5、催化消声器我公司国Ⅳ车型使用的催化消声器是一个集催化器和消声器于一体的催化消声装置（还可根据需要集成大箱底板加热功能），代替了传统的消声器系统。催化消声器内部有三个串联并相互独立的单元组成，包括氨扩散器、催化器和消声器。扩散器负责将带有氨的排气均匀的分布在催化器的表面，催化器负责加速NOX的还原，消声器消除发动机排气系统的噪音。为了防止氨气腐蚀，催化消声器整体采用不锈钢材料制造，其内部催化器工作过程中需要表面最低温度达到200℃，因此布置时应尽量靠近发动机，催化器入口必须位于距增压器出口1～4m的地方。催化器前后设有两个温度传感器，用于检测催化器前后温度，以此来判断催化器表面温度，确定AdBlue（尿素水溶液）的喷射量。为了防止催化消声器内部陶瓷载体免受剧烈震动，安装系统需要采取减震设计，催化消声器支架与车辆大梁之间需要使用弹性减震装置。涡轮增压器出口和催化消声器之间使用金属软管链接，可使催化消声器内的催化器免受震动。陶瓷载体我公司使用的SCR箱SCR后处理的外形一般有方形、圆形两种，方形结构一般用于重型车辆，圆形结构一般用于轻型卡车、客车。可以根据整车布置要求定制，但需要一定的研发周期和远高于国三消声器的费用。6、尿素箱尿素箱采用聚乙烯材料，具有坚实可靠，耐腐蚀性强，结构简单，使用方便等特点。SCR系统所使用的是32.5%（按重量混比）的尿素水溶液，也叫添蓝。尿素箱的体积由尿素水溶液用量决定，对于欧4系统，用量相当于燃油消耗量的5%，例如400L柴油大约消耗20L尿素溶液，我公司目前采用的尿素箱有效容积为62L。对于欧五系统，用量是燃油消耗量的7%。尿素水溶液在-11℃时开始结冰，结冰时体积将膨胀9%，因此尿素箱内将提供10%的膨胀容积，。尿素箱还提供了液位和温度感应装置。系统诊断、空罐指示、尿素用量监控和驱动仪表板仪表都需要有连续的液位传感器。当尿素箱内液位到最低点以下时，将发出液位警告。如果尿素箱变空，将发出空罐警告。液位传感器能检测出3.0升的尿素箱容积变化。溶液温度传感器将监测尿素水溶液的温度，以确定何时启动尿素箱加热器，以及检测加热器工作是否正常和过热。如果溶液温度低于0摄氏度，将启动加热器，在温度升到7摄氏度之前加热器将保持打开。尿素箱上部设有通气阀，用于平衡尿素箱内外气体压力。尿素箱内装有尿素溶液粗滤器，以防止大于0.1mm的大颗粒进入喷射系统。尿素箱的底部设有残液放出螺栓孔。尿素箱安装与油箱同侧，距离油箱近一些，方便加液。但不能贴在一起，因为油箱温度较高，有可能加热尿素溶液，引起其性质变化，造成后处理系统不能正常工作。罐体要采用竖直布置形式，上方留出空间便于清洗罐中的滤清器，同时尿素溶液的加注口应朝外，便于加液。尿素箱布置要远离热源，布置时留出尿素管路走向空间。尿素箱不能布置在整车的最低点，采用支架给尿素箱以支撑。7、计量泵（尿素供给单元）计量泵上分布有一个来自尿素箱的尿素进液口、一个通往喷嘴的尿素出液口和一个通往尿素箱的尿素回液口。系统正常运行时，打开钥匙后能听到泵运转时发出的短促的声音，计量泵内部开始运转，当发动机起动时，泵进入“起动加注”模式，尿素通过供给管输送，通过回流管回到罐中，这个过程至少持续30s。当排气温度达到200℃时，ECU控制计量泵开始喷射尿素溶液。计量泵工作时需要散热，所以要注意此部分的通风，不能靠近排气管、催化消声器、增压器等热源太近。计量泵与喷嘴之间的接管应使用软管，以允许其和排气管之间的相对震动。当起动钥匙关闭后，康明斯计量泵会继续运转30s,利用压缩空气将管路中的尿素溶液吹净，避免因尿素溶液结晶而造成管路堵塞，潍柴计量泵是非压缩气清洁系统，需30s左右钥匙关闭通电清洁。康明斯尿素喷射泵潍柴尿素喷射泵计量泵的安装位置的震动加速度需小于6G，如不满足要求需使用减震垫。计量泵只能安装在一个方向上，在底盘上的位置必须保证Z轴垂直，使用四个螺栓固定（潍柴用三个螺栓），安装平面度要求0.5毫米以内。在车辆上安装时，计量泵一般不需要专门防护。建议将其安装在雨水飞溅和泥污较少的位置，避免过多的暴露或对电器接头和液体接头造成潜在的损坏。如果计量泵位于容易受损的位置，须有防护罩。8、尿素喷嘴（尿素喷射单元）康明斯：喷嘴具有四个直径为0.5mm的孔，具有径向喷雾排列形状。喷嘴在管内必须居中且最好安装在直的排气管上，但可以安装在与排气管中心线垂直的任意径向角度。最好能将喷嘴放在最不容易受到路面损坏的地方。喷嘴的安装点距催化消声器入口端不少于440mm。喷嘴不应位于弯管下游150mm和上游100mm的范围内。潍柴：喷嘴有三个喷孔，安装位置如图，其他与康明斯类似。潍柴尿素喷嘴康明斯尿素喷嘴9、尿素管路10、排气管配套要求尿素对普通钢材有一定的腐蚀性，再加上高温，会急剧侵蚀低碳钢部件。所以喷嘴安装