(湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 十堰 442000)

0 引言

應(yīng)對全球氣候變暖提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中明確強調(diào)控制二氧化碳的排放量，并從汽車的使用量等各方面進行了改進，在減少汽車使用量的同時還要在源頭上進行控制，也就是說對于汽車排放出來的尾氣進行治理。對于柴油機汽車尾氣來說更應(yīng)引起重視，目前多種柴油車尾氣后處理技術(shù)已經(jīng)被提出并且處于研發(fā)階段，其中包括氧化催化、微粒過濾器、氮化物催化還原等技術(shù)，且有希望投入實際使用。

1 柴油機尾氣后處理系統(tǒng)的工作原理

目前，柴油機尾氣后處理方面運用的兩種尾氣后處理系統(tǒng)，其中較先進的一種技術(shù)是SCR尾氣后處理系統(tǒng)，即用簡單的尿素溶液對尾氣中的氮化物進行選擇性氧化，將一氧化氮、二氧化氮等轉(zhuǎn)換成氮氣和水排出到空氣中[1]。相比之下，SCR系統(tǒng)的工作原理更加簡單明朗。只需要在發(fā)動機設(shè)備下加置一套尿素還原設(shè)備就可以對尾氣進行還原處理，使汽車排放出更加綠色低污染的尾氣。SCR尾氣后處理系統(tǒng)中，尿素箱用于貯存和提供尿素，其上的液位和溫度傳感器對尿素進行實時監(jiān)控，為尾氣后處理系統(tǒng)中故障預(yù)防提供保障。因為尿素是提供氮氧化物轉(zhuǎn)換的反應(yīng)催化劑，一旦溫度過低，尿素溶液將會凍結(jié)，又或者是溫度過高也會導(dǎo)致系統(tǒng)故障。壓縮空氣罐在工作時，其內(nèi)部的電動泵將尿素箱中的溶液與空氣壓縮并混合進入噴射管道，而催化器在SCR尾氣后處理系統(tǒng)中的承擔(dān)著另一套系統(tǒng)中的重要核心單元角色，不但有尾氣催化轉(zhuǎn)化的性能，同時還具備降低噪音消除雜音的功能。尾氣后處理系統(tǒng)由排氣溫度傳感器、壓差傳感器、空氣濾清器等組成，對于尿素箱的加溫一般情況下是利用發(fā)動機的冷卻液來實現(xiàn)的。

2 故障原因診斷

2.1 尿素噴入計量的診斷

在柴油汽車尾氣后處理SCR系統(tǒng)中，尿素的噴入計量是要嚴格按照汽車尾氣中排放出來的氮化物濃度進行適應(yīng)量噴入的。一旦尿素溶液的濃度過高或者是過低，都會造成尾氣后處理系統(tǒng)的故障，從而使處理過后的尾氣依舊無法達到綠色排放的標(biāo)準(zhǔn)。尿素脫硝是在受熱的條件下分解成為氨氣，氨氣再進一步和氮化物進行反應(yīng)，生成綠色環(huán)保對環(huán)境無污染的氮氣和水蒸氣，從而完成脫硝反應(yīng)[2]。但是，如果一旦尿素的含量過高，受熱分解生成的氨氣含量也會隨之增加，在脫硝反應(yīng)的過程中，大量的氨氣和氧氣極易反應(yīng)生成新的氮化物，影響排放質(zhì)量。但是如果尿素含量過低，在受熱分解時不能夠產(chǎn)生足夠計量的氨氣，就沒有辦法和全部的氮化物進行反應(yīng)，導(dǎo)致部分氮化物殘留，也不能夠達到完全實現(xiàn)尾氣有害氣體凈化的目的。所以說，目前汽車領(lǐng)域迫切地需要一種結(jié)構(gòu)簡單而且成本低廉的尿素泵，來保證精密地控制好尿素的噴入使用量，并有效避免系統(tǒng)的故障。

2.2 催化器使用環(huán)境與功能診斷

催化器在汽車尾氣后處理系統(tǒng)中承擔(dān)著很重要的角色，因此，其對于燃油的要求也相對來說比較特殊，即必須使用符合規(guī)定的低硫含量的燃油。這是保證尾氣處理達到排放標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵步驟。從故障的原因來診斷，如果使用了高硫含量的燃油，汽車尾氣中含有的氮化物在硫元素濃度極高的情況下會產(chǎn)生硫化氮，從而污染轉(zhuǎn)換器的表面，這樣一來就會降低催化器在低溫時的轉(zhuǎn)化效率[3]。在汽車尾氣后處理系統(tǒng)中，三元催化器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機外凈化裝置。它可以把汽車尾氣中的一氧化碳、一氧化氮、碳化氫等有害氮化物和碳化物，通過氧化還原的反應(yīng)轉(zhuǎn)變成為無害的二氧化碳、氮氣和水蒸氣。三元催化器的壽命期限在國內(nèi)一般是汽車行程的8萬～10萬km。

3 柴油機尾氣后處理系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 尿素計量嚴格精密把控是關(guān)鍵

在汽車尾氣后處理SCR系統(tǒng)中，由于必須要用適量尿素溶液和排出的含有氮化物的汽車尾氣進行反應(yīng)，才能滿足尾氣凈化的要求，這對尿素計量精準(zhǔn)度提出了更高要求。因為每次排放出的汽車尾氣的組成成分是變化不可控的，因此對于相應(yīng)的尿素噴入量需要精確計量[4]。就目前來看，汽車行業(yè)中使用的尿素泵由驅(qū)動電源、電磁驅(qū)動裝置和單向出液閥、進液口等組成。驅(qū)動電源的強大動力帶動電磁驅(qū)動裝置，從而驅(qū)動單向出液閥，使尿素溶液從進液口進入，線圈通電后產(chǎn)生磁場，該磁場在泵外殼與動鐵芯之間產(chǎn)生電磁回路，使動鐵芯被吸合，通過彈簧帶動柱塞軸在柱塞套內(nèi)往復(fù)運動。

3.2 催化器燃油要求檢查不可馬虎

在催化器的入口和出口處分別安裝了一個溫度傳感器，溫度傳感器主要用于檢測催化器是否達到要求的溫度來保證催化還原反應(yīng)的正常進行，并據(jù)此確定需要噴入的尿素量。氨催化還原反應(yīng)所要求的溫度一般保持在780～840 ℃之間。在催化器上還安裝有氮氧化物傳感器，是用于監(jiān)測經(jīng)過催化器處理后的尾氣中氮氧化物的排放是否達到預(yù)期效果的裝置[5]。在裝有三元轉(zhuǎn)化器的汽車柴油機中，不可以使用含有鉛元素的汽油，因為鉛顆粒隨廢氣排出經(jīng)三元催化器時，會依附在催化劑的外表面上，使催化器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的接觸面積減少，從而大大降低催化器的轉(zhuǎn)換效率，并會導(dǎo)致三元催化器鉛中毒。同時，一定要注意應(yīng)防止未燃燒的混合氣進入催化器。三元催化器開始起作用的溫度是200 ℃左右，而超過1 000 ℃后，在這樣的高溫情況下，作為催化劑的貴金屬成分，自身也將會發(fā)生化學(xué)變化，消耗催化器中有效的催化成分，使催化作用減弱。因此，車輛使用過程中要注意避免以下幾種情況：一是過長時間的怠速空轉(zhuǎn)，這樣只會增加耗能并且釋放出不必要的熱量，降低催化劑的質(zhì)量；二是點火時間過遲，釋放出大量的化學(xué)可燃氣體而不進行點燃，就會有許多有害氣體無法進行一系列的轉(zhuǎn)化，不能轉(zhuǎn)化成汽車前進的動能，也無法達到尾氣處理的無害排放；三是個別缸失火不工作和混合氣過濃，都會導(dǎo)致排氣管處有黑煙冒出；四是發(fā)動機燒機油；五是氧傳感器失效；六是散熱不良造成的水溫過高，無法冷卻使得過度的能量消耗。同時，因為三元催化器大多數(shù)內(nèi)部都是蜂窩陶器形成的催化劑承載體，應(yīng)當(dāng)注意在顛簸道路上控制行駛速度[6]。

4 結(jié)語

空氣是人類日常生活中最沒有存在感卻是最不可或缺的生命之源，為保護空氣質(zhì)量，在柴油機汽車尾氣后處理的方面，本文分別闡述了汽車尾氣后處理系統(tǒng)的工作原理，在應(yīng)用中分析了故障診斷以及技術(shù)優(yōu)化的方法。在精確的機械中進行化學(xué)反應(yīng)就是其最簡單的描述。上文提到的對于尿素噴入計量的嚴格把控，以及催化器對于燃油及溫度的特殊要求，都對新時代下的綠色節(jié)能減排的汽車能源提出了新的更高也更迫切的需求。在柴油機尾氣后處理的精細零部件以及大型發(fā)動機的處理上，現(xiàn)在正在研制出進一步節(jié)能減排的綠色便捷且安全環(huán)保的新技術(shù)，新技術(shù)的應(yīng)用也將進一步改善柴油機的工作況態(tài)及其對環(huán)境產(chǎn)生的影響問題。

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