柴油机尾气后处理系统故障诊断与完善措施

陶铜陵

    摘要：柴油燃烧可以为汽车提供强大的动力，同时化学反应还将导致废气中含有氮氧化物和碳氧化物，如一氧化氮和一氧化碳，对大气和人类健康有害。因此，只有将有害气体过滤并处理成无害的绿色气体，即氮、二氧化碳和水蒸气，我们才能安全地排放汽车尾气。基于此，本文从柴油机排气后处理系统的原理、优点及存在的问题等方面提出了一些建议和消除方法，并对未来汽车排气后处理的前景和希望进行了展望。

    关键词：柴油机；尾气后处理；故障诊断

    前言

    为应对全球变暖而提出的可持续发展战略中明确强调了对二氧化碳排放的控制，并从汽车使用等方面得到了改进。在减少汽车使用的同时，也要从源头上进行控制，也就是说，应对汽车排放的尾气进行处理，应更多地关注柴油车尾气处理。目前，各种柴油车尾气后处理技术已被提出并处于研发阶段，包括氧化催化、颗粒物过滤、氮化物催化还原等技术，有望投入实际应用。

    1柴油机排气后处理系统工作原理

    目前，柴油机尾气后处理系统主要有两种。其中一项更先进的技术是SCR尾气后处理系统，即使用简单的尿素溶液选择性氧化尾气中的氮化物，将一氧化氮和二氧化氮转化为氮和水，并排放到空气中。相比之下，SCR系统的工作原理更简单、更清晰。只需在发动机设备下方增加一套尿素还原设备，减少尾气，使车辆排放更多绿色低污染尾气。在SCR尾气后处理系统中，尿素罐用于储存和提供尿素，其上的液位和温度传感器实时监测尿素，为尾气后处理系统的故障预防提供保障。因为尿素是提供NOx转化的反应催化剂，一旦温度过低，尿素溶液就会冻结，或者温度过高也会导致系统故障，尿素罐的加热一般通过发动机冷却液来实现。尿素泵工作时，内部电动泵将尿素罐中的溶液和空气压缩混合到喷射管路中。SCR尾气后处理系统中的催化转化器在系统中起着重要的核心单元作用，它不仅具有尾气催化转化的功能，还具有降低噪声和消除噪声的功能。尾气后处理系统由排气温度传感器、压差传感器、空气滤清器等组成。

    2故障原因诊断

    2.1尿素喷射计量诊断

    在柴油车尾气处理后的SCR系统中，尿素的喷射计量应严格按照车辆尾气排放的氮气浓度进行。尿素溶液浓度过高或过低都会导致尾气后处理系统失效，使处理后的尾气仍不能达到绿色排放标准。尿素脱硝是在加热条件下分解成氨，然后氨与氮化物进一步反应生成绿色环保的氮气和水蒸气，从而完成脱硝反应。但是，如果尿素含量过高，热分解产生的氨含量也会增加。在脱硝反应过程中，大量的氨和氧容易反应生成新的氮化物，影响排放质量。但是，如果尿素含量过低，热分解过程中无法产生足够的氨，则无法与所有氮化物反应，导致部分氮化物残留，无法达到彻底净化尾气有害气体的目的。因此，在汽车领域迫切需要一种结构简单、成本低的尿素泵，以保证尿素喷射量的精确控制，有效避免系统故障。

    2.2催化剂运行环境及功能诊断

    催化转化器在汽车尾气后处理系统中起着非常重要的作用。因此，其对燃料的要求比较特殊，即必须使用低硫含量的燃料。这是确保尾气处理达到排放标准的关键步骤。根据故障原因进行诊断。如果使用含硫量高的燃料，当硫浓度很高时，汽车尾气中的氮化物会产生硫化氮，从而污染转化器表面，从而降低催化剂在低温下的转化效率[3]。在汽车尾气后处理系统中，三效催化剂是安装在汽车尾气系统中最重要的外部净化装置。它可以通过氧化还原反应将汽车尾气中的一氧化碳、一氧化氮、碳化氢等有害氮化物和碳化物转化为无害的二氧化碳、氮气和水蒸气。在中国，三效催化剂的使用寿命一般为80000~100000公里。

    3柴油机排气后处理系统的优化

    3.1严格、准确的尿素计量控制是关键

    在汽车尾气后处理SCR系统中，为了满足尾气净化的要求，需要使用适量的尿素溶液与排放的含氮化物的汽车尾气反应，这对尿素测量的准确性提出了更高的要求。由于每次排放的汽车尾气成分不可控，因此需要准确测量相应的尿素喷射量。目前汽车行业使用的尿素泵由驱动电源、电磁驱动装置、单向出液阀、进液口等组成，驱动电源的强大功率驱动电磁驱动装置，从而驱动单向出液阀，使尿素溶液从进液口进入。线圈通电后，产生磁场。磁场在泵壳和运动铁芯之间产生电磁回路，从而吸引运动铁芯，并通过弹簧驱动柱塞轴在柱塞套中来回移动。

    巧用废弃再循环系统 

     3.2 针对于柴油发动机的控制技术，我们可以建立一个废气再循环系统，这也就是我们常常提到的EGR系统。这种系统可以将柴油发动机所产生的废气转回到气缸中，参与燃烧，由于其中含有一定的二氧化碳，这种惰性气体在吸收大量热量的同时又不会改变温度，有助于更好地控制燃烧效果，以此来破坏氮氧化合物的形成，有效的降低氮氧化合物排放的数量和浓度。与此同时，我们也应该意识到，二氧化碳具有不可燃性，它在一定程度上会降低燃油发动机的工作效率，为此，在使用该系统时需要合理控制回气的时间，对其进行科学把握，这样才能够保证在功率不会受到损害的情况之下有效降低尾气的产生。与此同时，要注重对于柴油发动机技术进行及时更新，保证其能够符合我们国家生态环境的发展需求。尽可能在技术提升的同时，关注生态因素，减少废气对环境的污染。

    3.3催化转化器的燃油要求

    温度传感器分别安装在催化剂的进口和出口处。温度传感器主要用于检测催化剂是否达到要求的温度，以保证催化还原反应的正常进行，并确定需要注入的尿素量。氨催化还原反应所需温度一般保持在780～840℃之间。催化剂上还安装了一个NOx传感器，该传感器是一个用于监测经催化剂处理的尾气中NOx排放是否达到预期效果的装置。在装有三元转换器的车用柴油发动机中，不能使用含铅汽油，因为当铅颗粒通过三元催化剂与废气一起排放时，它们会粘附在催化剂的外表面，减少催化剂化学反应的接触面积，大大降低了催化剂的转化效率，导致三效催化剂铅中毒。同时，必须注意防止未燃烧的混合物进入催化剂。三效催化剂开始工作的温度约为200℃，超过1000℃时，在这种高温下，催化剂的贵金属组分也会发生化学变化，消耗催化剂中的有效催化组分，削弱催化效果。因此，在车辆使用过程中应避免以下情况：第一，长时间怠速只会增加能耗，释放不必要的热量，降低催化剂的质量；第二，如果点火时间太晚，大量化学可燃气体在未点火的情况下释放，许多有害气体将无法进行一系列转化，无法转化为车辆动能，也无法实现尾气无害化排放处理；第三，个别气缸着火，不工作，混合气过浓，导致排气管冒黑烟；第四，发动机燃烧机油；第五，氧传感器故障；第六，散热不良造成水温过高无法冷却，导致能耗过大。同时，由于三效催化剂的内部大部分是由蜂窝陶瓷形成的催化剂载体，因此在崎岖不平的道路上应注意控制行驶速度。

    结语

    空气是人类日常生活中最不存在但不可或缺的生命来源。为了保护空气质量，在柴油机汽车尾气后处理方面，阐述了汽车尾气后处理系统的工作原理，分析了应用中的故障诊断和技术优化方法，精确机械中化学反应的最简单描述。上述对尿素喷射计量的严格控制，以及催化剂对燃料和温度的特殊要求，对新时代的绿色节能减排汽车能源提出了新的、更高、更迫切的要求。在柴油机排气后处理的精细部件和大型发动机的处理方面，正在开发新的绿色、方便、安全和环保技术，以进一步节能减排。新技术的应用将进一步改善柴油机的工作条件及其对环境的影响。

  参考文献  :

［1］ 李纪委． 浅谈汽油发动机使用金属蜂窝三元催化器失效分析［J］．摩托车技术，2020( 11) : 46 － 49．

［2］ 李永龙． 三维有序大孔复合金属氧化物催化剂的制备及用于船舶尾气脱硝性能研究［D］． 南 昌: 南 昌 大 学，2020．

［3］ 张鸿刚． 某半挂牵引车排气后处理系统故障分析及改进［J］． 时代汽车，2020( 22) : 184 － 186．