產品發展歷程
SCR后處理技術是排放后處理技術中的一種,而排放后處理技術是指為減少發動機排放的廢氣造成環境污染而對其進行適當處理的技術。從國二到國三,排放系統的關鍵在于燃油噴射系統,而從國三到國四,就必須使用排放后處理技術。 目前國際內燃機行業從歐Ⅲ發展到歐Ⅳ,主要有兩種基本體系。大體上,歐洲傾向于SCR(選擇性催化還原)體系,利用尿素溶液對尾氣中的氮氧化物進行處理;美國和日本傾向于EGR(廢氣再循環)體系,即通過微粒捕集器或微粒催化轉換器(DPF),針對燃燒產生的微粒進行處理的EGR(廢氣再循環)技術。因為國情不同,所以各國企業選擇技術有不同的傾向。
SCR系統更適合中國市場的原因歸結于以下幾方面:第一,SCR系統能有效節省燃油消耗。SCR系統的燃油消耗相對于EGR+DPF系統稍低一些,它的尿素水溶液消耗量也可在燃油消耗上得到補償;第二,如果現在采用此技術,在很長時間內都可以滿足排放法規的要求,直到歐Ⅴ乃至更高排放標準的引進;第三,在EGR+DPF系統中,需要增加冷卻器的體積,SCR系統只需一個附加的貯藏罐,這對于車輛駕駛室的設計影響不大;第四,發動機復雜性低。SCR系統可以同時滿足國三和國四標準,可以在部分地區提前引進。
基于以上幾點原因,在技術路線方面,國內主流柴油機生產企業已經基本達成共識,SCR系統將是未來國內柴油機排放升級的主要技術方向。目前,國內大部分柴油機廠和主機廠等都采用了SCR技術。
國IV標準簡介
國IV排放標準是國家第四階段機動車污染物排放標準,汽車排放污染物主要有HC(碳氫化合物)、NOx(氮氧合物)、CO(一氧化碳)、PM(微粒)等,通過更好的催化轉化器的活性層、二次空氣噴射以及帶有冷卻裝置的排氣再循環系統等技術的應用,控制和減少汽車排放污染物到規定數值以下的標準。 國IV標準全稱為“國家第四階段機動車排放標準”,它等效于歐洲的“歐Ⅳ標準”。在排放控制上,國IV標準機動車需要在國Ⅲ基礎上再進一步降低30%~50%的污染物才能達標。
根據國家環保部發布的《關于實施國家第四階段車用壓燃式發動機與汽車污染物排放標準的公告》,將分步實施機動車國IV標準。鑒于目前滿足國IV標準需求的車用柴油供應仍不到位,嚴重制約國IV標準實施進度。為保證標準實施效果,根據車用燃料供應實際,決定分車型、分區域實施國IV標準。氣體燃料點燃式發動機與汽車(汽油車)嚴格實施國IV標準。所有生產、進口、銷售和注冊登記的氣體燃料點燃式發動機與汽車必須符合國IV標準的要求。自2013年7月1日起,所有生產、進口、銷售和注冊登記的車用壓燃式發動機與汽車(柴油車)必須符合國IV標準的要求。
國家環保部還表示,將加大汽車企業環保生產一致性檢查力度,不定期開展汽車產品環保監督檢查;并積極配合有關部門加強車用燃油管理,督促石油企業加快供應滿足排放標準要求的車用燃油。對生產、進口、銷售不符合排放標準要求車輛的,環境保護部會同有關部門依法進行處罰。
研發過程
隨著國家新的排氣標準的推行,我公司經過多年的研發,應用于國Ⅳ發動機的SCR系統已試制成功,并通過了中聯重科等公司實際裝車檢測。各項排放數據均達到國IV發動機排放標準,現在已送國家有關部門檢測。該轉換器的工作原理是:在裝有柴油發動機的車輛上,將柴油機排出的有害廢氣轉換成無污染的氣體,并達到國Ⅳ排放標準。具體反應方式如下圖:
我公司于2011年下半年就開始進行SCR系統的前期研發工作。當時國內還沒有非常成熟的蜂窩陶瓷載體的生產方,我司當時選用的是美國康寧公司的產品。通過與中南工業大學的相關領域的專家共同花費了近四年時間并在其風洞實驗室多次試驗,才徹底將SCR系統總成的封裝方案定型。由于考慮到原材料采購周期和小批量訂貨的方便以及成本因素,目前我司選用了國際國內一流的廠家生產關鍵部件蜂窩陶瓷載體。
產品樣品試制成功后,我司將樣品送與國內相關權威機構進行檢測,并在中聯重科的成品車輛上進行了試裝檢測。檢測結果全部合格,具體檢測參數如下:
1 材質檢測:SCR封裝體材料采用1:4509(441),其余材料為409L(德國進口);
2 降噪效果:插入損失值>20dBa;
3 壓力效果:壓力損失值<15kpa;
4 氣 密 性:整體20L/Min,30kpa要求下無損壞;
5 氮氧合物指標:NO*(3.5g/kwh)
6 空氣顆粒指標:PM(0.02g/kwh)
7 排放標準:GB17691-2008
產品適合中國市場的原因歸結于以下幾方面:第一,SCR系統能有效節省燃油消耗。SCR系統的燃油消耗相對于EGR+DPF系統稍低一些,它的尿素水溶液消耗量也可在燃油消耗上得到補償。第二,如果現在采用此技術,在很長時間內都可以滿足排放法規的要求,直到歐Ⅴ乃至更高排放標準的引進。第三,在EGR+DPF系統中,需要增加冷卻器的體積,而SCR系統只需一個附加的貯藏罐,這對于車輛駕駛室的設計影響不大。第四,發動機復雜性低。國III電控裸機加上SCR系統后即可滿足國IV排放標準。簡而言之該產品具有廢氣轉換效率高、排放率低、使用壽命長、燃油經濟性好、對燃油和機油品質要求低、無催化器堵塞風險、安裝方便、維護費用低等優點。