柴油机尾气后处理系统的优化设计

顾春华

摘要：伴随着社会的持续发展，科学技术的进步，人民的生活质量得到了很大程度的改善，柴油发动机的使用日益增多，同时也不可避免地产生了大量的废气，根据不完全的数据，在环境污染中，空气污染的比例高达60%，这也使得我们的生活环境变得更加恶劣。

关键词：柴油机;尾气后处理;优化设计

为了解决气候变暖问题，我们制定了一项可持续发展策略，其重点是减少二氧化碳的排放量，以及在所有领域，例如汽车的使用，既要降低车辆的使用，又要从源头控制，即对车辆排放的废气进行治理。尤其是针对柴油车的废气，现在已有各种柴油车尾气后处理技术，如氧化催化、颗粒物过滤、氮化物催化还原等，都已被提出，并正在进行研究和开发。

一、柴油机尾气后处理系统的工作原理

当前，采用的废气后处理技术主要有两种，一种是SCR尾气后处理，通过简单的尿素溶液，将氮氧化物、二氧化氮等转化为氮气或水排放到大气中。比较起来，SCR系统运行起来就比较清楚了。通过在内燃发动机的下方安装一套尿素还原设备，就可以使尾气得到有效地减少。这样，汽车就能更好地实现对环境友好的排放。SCR脱硝后处理装置采用尿素贮罐储存并供应尿素；采用了液位、温度等传感器，实现了对系统的实时监测。因此，在排气后处理系统中，可以有效地避免故障。尿素是 NOx转化的催化剂，低温易造成尿素溶液结冰或温升过高，造成全系统停机。其工作原理是利用钢瓶内的电动泵，将尿液中的液体和空气进行压缩，并将其送入喷嘴。不仅具有催化转化的作用，而且还具有降噪、降噪等作用。废气后处理系统包括废气温度传感器，压差传感器，空气滤清器等。柴油发动机在节能、可靠性、耐久性、制造成本和废气排放等方面都取得了长足的进步。这些要求对于商用车辆和其它重型车辆，为了满足经济与可靠的要求，目前普遍使用高效直喷发动机。在轿车及其他轻型车辆上使用的发动机，如涡流室、预燃式等，都是以非直接注入为主。但由于燃料危机，为轻型车取得更好的燃油经济性，结果也促进了高速直喷式柴油机的发展。SCR作为一种新的后处理技术，能有效的降低内燃机NOx的排放。是使柴油机达到IV排放标准的可行之径，但是距离大规模应用还有很长的路要走，目前SCR系统存在的问题有以下几点：

起步及怠速阶段，排气温度低，NO与氨的反应还原效率比较低，因此在城市路况下，现有的 NOx减排方法很难实施，成本高（大约3-5%)，前期投入大、运营和维修成本高，还需要增加一套更为复杂的还原剂喷射控制系统。在城市中，还应以步行代替汽车，减少驾车或搭乘公共汽车等，增强民众的环保意识，从自身开始，培养环保意识，并主动参与到环保中来。

二、故障原因诊断

（一）尿素喷入计量的诊断

在柴油机排气后处理SCR工艺中，对尿素的喷射计量必须严格按照氮氧化物的含量来确定。当尿素溶液的浓度太高或太低时，就会导致尾气后处理系统出现故障，导致经过处理后的废气达不到环保要求。尿素在加热过程中会发生裂解，产生氨气，然后与氮化物发生反应，形成对环境无害的氮、水蒸汽，实现脱硝反应。然而，若尿素添加量过大，则其受热分解产生的氨气也将相应增多，且在脱硝过程中产生的过量氨与氧容易发生化学反应，从而导致NOx的生成，从而降低NOx的排放。但若尿素加入量太少，在高温下分解时，就无法生成足够的氨，同时，由于不能完全与氮化物反应，所以会有一部分氮化物残留，不能完全去除废气中的有害气体。目前，汽车工业对既能准确控制尿素注入量，又能有效避免系统失效的尿素泵的需求十分迫切。

（二）催化器使用环境与功能诊断

由于催化转化器是汽车尾气后处理装置中的关键部件，所以它对燃料的要求也比较特殊，需要满足一定的低含硫量。这是确保尾气净化达标的重要环节。从故障的成因上分析，若采用高硫燃料，则尾气中所含的氮化物在高硫浓度下会生成硫化物氮气，进而对转化器表面造成污染，进而影响催化剂在低温下的转换效率。三元催化转化器是一种主要的废气后处理设备，它是一种主要的外部净化设备。它能将有害的气体如二氧化碳，氮，二氧化碳转化为无害的二氧化碳，氮和水蒸汽。在我国，三元催化转化器的使用寿命通常为80,000公里至100,000公里。

三、柴油机尾气后处理系统优化

（一）尿素计量严格精密把控是关键

机动车尾气 SCR脱硝工艺要求在尾气中加入一定量的尿素。为了达到排放标准，需要对其进行更加严格的测试。一辆车每一次排出的尾气都有很多不可控制的成分，因此，必须对其喷出量进行准确的测量。本发明涉及一种车用尿素泵，由驱动电源，电磁传动，单向排气阀，进气管等组成。利用该驱动电源产生的强功率来驱动该电磁传输装置，启动该单向排气阀；从该进口导入脲溶液，该线圈通电，由此在该泵壳体和该可动铁芯之间产生一个电磁力，磁铁将可动铁芯抽吸到可动铁芯中，而弹簧则带动活塞轴在柱塞套筒中作往复运动。

（二）催化器燃油检查要求不可马虎

在所述催化剂入口及出口处分别装有一温度传感器，用以探测所述催化剂是否已到达所需温度；在此基础上，提出了合理的尿素添加量。一般来说，氨催化还原所需的温度在780~840摄氏度之间。另外，在本发明中，还安装了用于监测被催化氧化的尾气中 NOX的排放量的氮氧化物传感器。在车用柴油发动机上加装三效催化剂后，由于三效催化剂的加入，使其与尾气一起进入了三元催化器。将被吸附在该催化剂的外部表面，从而使该催化剂与该催化剂进行化学反应，这不仅降低了催化剂与催化剂之间的接触面积，而且还会使三元催化剂中毒。在此期间，要确保不会有任何未燃的气体混合物进入催化剂。三元催化剂需在200摄氏度以上，超过这个温度，贵金属就会发生化学反应，失去有效组分，从而降低催化效果。因此，驾车时要注意以下情况：第一，不能长期处于空闲状态，否则会导致能源消耗增大，热释放过度，导致催化剂品质下降；二是,如果燃烧得太晚，会有大量的化学易燃气体被释放出来，那么，就会产生大量的有害气体，不能有效地转化为动力，不能实现对尾气的无害排放；三是某些汽缸不运转，混合气含量过高，都会造成排气管冒烟；四是燃料消耗量太大；第五是氧气传感器的故障；六是由于散热差，导致水温太高，不能冷却，使能源浪费过多。与此同时，由于三元催化剂大部分是由蜂窝陶瓷构成的催化剂载体，所以在崎岖不平的路面上应该小心地控制车速。

结语：

大气是人们生活中最不重要但又必不可少的一种物质，为了改善大气环境，在对柴油车尾气后处理的研究中，对其工作机理进行了详细的论述，并对其在实际应用中的故障诊断和工艺优化进行了分析。在精密机器里发生的化学反应，可以用最简单的语言来形容。以上所述的尿素喷射量的严格控制，催化剂对燃料和温度有特定的要求，这些都是在新时代下，对环保、节能、环保的汽车用能源提出了更高、更紧迫的要求。为了更好地解决柴油车排放后处理中存在的一些问题，目前正研发出一种绿色方便、安全环保的新技术，以实现更好的节能减排，同时也能更好地解决柴油机工作环境和环境污染问题。

参考文献：

[1]郭星萌.船用柴油机尾气后处理系统的优化设计[D].贵州民族大学,2019.

[2]魏起森.柴油机尾气后处理系统再生辅助进气的研究[J].内燃机与配件,2023(15):25-27.

[3]杨丽君,许刚.柴油机尾气后处理系统故障诊断与优化[J].农机使用与维修,2021(6):93-94.

 [4]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．