EGR与SCR系统简介
EGR、SCR简介
总第62期(专题资料内部参阅) 2009年9月9日第 14 期● 跟踪对手动向●传递行业要闻●探析市场走势● 服务产品研发●本 期 要 目⊙市 场 研 究●商用车市场加速回暖⊙对 手 跟 踪● 德龙重卡在湖南长沙下线● 上汽商用车欲进入第一阵营● 中国重汽中期净利骤降52%● 江淮携手外资进军重卡市场● 一汽与通用合谋轻卡老大⊙行 业 动 向● 召回制度范围扩及卡车● 重卡关键技术被外商扼住咽喉● 我国重型车欧Ⅳ/Ⅴ技术路线的选择商用车市场加速回暖据中汽协会公布的最新数据，上半年乃至前7个月，商用车市场回暖迹象明显弱于乘用车。
但从8月份表现来看，商用车市场也在加速回暖。
8月份，商用车主要品种中，与上月相比，除客车非完整车辆有所下降外，其它品种产销均呈不同程度增长，其中客车增速居前；与上年同期相比，商用车各品种增长明显，半挂牵引车增速最快。
（摘自2009-09-11南方网） 中国重汽中期净利骤降52% 中国重汽近日发布公告称，受重卡销量下降的影响，该公司上半年净利润同比下降超过五成。
中报显示，上半年实现营业收入109.45亿元，同比下降15.57%。
受金融危机影响，加上行业竞争加剧，该公司产品整体毛利率为5.89%，比上年同期下降4.02个百分点。
（2009年08月25日第一财经日报）德龙重卡在湖南长沙下线据湖南日报日前报道，陕汽集团长沙环通汽车公司生产的第一辆“湖南造”陕汽德龙重卡8月29日驶下生产线。
据悉，陕汽集团将在一期工程投资6亿元的基础上，追加10亿元投资，将“陕汽环通”打造成陕汽集团长江以南最大的重卡生产、销售、配送基地。
于2008年4月开工的陕汽环通公司，由陕汽集团提供资金、技术、品牌和营销网络，长沙环通机械实业有限公司提供土地、厂房、熟练技术工人以及零配件产品。
今年8月初，占地205亩的一期工程宣告竣工，共建成2条专用车和特种车生产线、1条机加工生产线和1条检测线。
据了解，载重量达12吨的陕汽德龙重卡，在长沙县本地的配套率占30%以上。
汽车EGR、SCR两种技术路线的异同
汽车EGR、SCR两种技术路线的异同
汽车EGR、SCR两种技术路线的比较
两种技术路线的比较
1.选择性催化还原SCR
SCR系统通过机内净化降低PM 排放，然后利用SCR 系统降低NOX 排放。
2.废气再循环EGR
EGR系统通过EGR 将NOX 排放降低到标准要求以下，通过DOC （柴油氧化催化剂）或者DOC+DPF（颗粒捕捉器）将TPM（总颗粒物）降低到排放标准以下。
EGR 系统有以下几种形式：
（1）EGR+DOC：通过EGR 降低NOX 排放，同时大幅提高喷油压力并增加DOC以降低TPM 排放。
斯堪尼亚在EGR 基础上，在机内系统采用了同康明斯联合研发的XPI（超高压燃油喷射系统，不同我们之前讨论的三大主流主机技术），喷油压力增加到220MPa 以上，再加上DOC，实现了欧Ⅳ排放。
可见该路径需要较高的喷油压力，并不适用于之前讨论的主流主机技术。
（2）EGR+DOC+DPF：根据过滤器再生方式不同，又分为主动再生型和被动再生型，目前欧美都以主动再生以技术为主。
被动再生技术曾广泛用于欧美在用车改造，但由于被动再生需要低硫燃油，同时受发动机工况、负载以及排温的影响，所以在安装被动再生系统前一要
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SCR？EGR？欧洲卡车制造商排放系统一览
SCR？EGR？欧洲卡车制造商排放系统一览类型：原创来源：卡车之家作者：520scania 责任编辑：薛文祥发布时间：2009年09月21日【卡车之家原创】在环保法规日益严格的今天，卡车废气排放越来越受到人们的重视，而作为汽车发源地的欧洲，对卡车排放的要求相当苛刻。
为了达到现行的欧洲5号排放标准，各个厂家都在发动机上做文章，EGR和SCR便成了满足排放要求最显著的手段。
对于中国卡车业来说，EGR相当熟悉，而SCR却很是陌生，有必要做一个简单的解释。
EGR：是英文“exhaust gas recirculation ”的缩写，中文名称为发动机废气再循环。
图为EGR+DPF系统图原理为少部分废气经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，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。
但过度的废气参与再循环，将会影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。
SCR：是英文“Selective catalytic reduction”的缩写，中文名称为选择性催化还原。
图为SCR系统图原理为发动机燃烧后的废气利用氨（NH3）对NOx还原功能，将尿素喷入排气管的催化反应器中，利用催化剂作用将NOx还原为对大气没有影响的氮气和水。
“选择性”的意思是指氨有选择的进行还原反应，在这里只选择NOx还原。
但此技术需要更高的发动机燃烧温度，氮氧化物需要催化器来实现催化还原。
下面将欧洲制造商主力重卡发动机对应欧洲5号排放要求做一个简单归纳：由此可以看出欧洲制造商只剩下曼和斯堪尼亚公司采用EGR系统，但大排量发动机依然采用SCR系统。
从使用成本来看，使用EGR 发动机油耗会有一定程度上的增加，与EGR相比，SCR发动机的燃料利用率提高3%左右，但SCR发动机需要加注尿素作为催化剂，也需要一定的开销，但尿素的价格相对便宜，由此可见当技术成熟时，SCR的使用成本比EGR要低。
排气再循环(EGR)系统原理说明
排气再循环系统（EGR）燃烧原理：燃烧温度越高，NOx产生越多，在最适合于燃烧的点火时期点火及最经济的空燃比时，产生的NOx最多。
为了减少NOx的排放，应该考虑不利于燃烧的空燃比及点火时期，可是这样又容易产生不完全燃烧,增加HC及CO的排放，还会使发动机的功率下降。
可以较好地解决这一矛盾的技术称为排气再循环技术 (Exhaust Gas Recirculation),缩写为EGR。
EGR可使发动机排出气体的一部分重新进入进气系统，引入不活性气体(主要是CO2)到燃烧室，增加燃烧室内气体的热容量，使最高燃烧温度下降，故可抑制 NOx的生成。
下面简单介绍一下EGR系统的工作原理：EGR（废气再循环系统），主要用来降低废气中氮氧化合物的排放量。
其原理如上图所示。
ECU根据发动机转速、负荷（节气门开度）、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOx是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量。
EGR系统的主要元件是位于进气歧管上的EGR阀。
在发动机暖机运转和转速超过怠速时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室；当发动机在怠速、低速、小负荷、及冷机时，为了避免发动机的动力性能受到影响，ECU控制EGR阀关闭。
EGR阀中有一与其做成一体的EGR阀位置传感器（EVP Sensor），该传感器是一电位计式位移传感器，用于检测EGR阀的实际位置，输出相应电压信号给控制器，控制器据此判断阀门是否对ECU的指令做出正确响应。
同时，它的信号输出也是发动机ECU计算废气再循环流量的依据。
通常，EVP 传感器是一个三线传感器，一条是发动机ECU提供的电源电压，另外一条是传感器的接地线，第三条是传感器给发动机ECU的反馈信号输出线；在EGR 阀关闭时产生1V以下的电压，在EGR阀打开时产生5V以下的电压。
SCR技术详解
SCR技术详解工信部2014年第27号公告，适用于国三柴油车产品《公告》将于2014年12月31日全部废止，2015年1月1日起国三柴油车产品将不得销售。
尽管目前国四尚未全面推行，但是目前已经有不少地方已经开始执行国四标准，可以说国四标准随着趋势在不可挡地持续推行着。
在国四时代也有两种主要的升级方案，一类是通过使用选择性催化还原(SCR)技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理；还有一类是通过微粒捕集器（DPF）或微粒催化转换器（DOC），针对燃烧产生的微粒进行处理的EGR(废气再循环)技术。
SCR系统主要由车用尿素罐、SCR催化器、尿素计量模块、传感器等组成，SCR技术结构简单，只需在发动机的基础上建立，需要增加一套尿素还原剂的系统，并且需要定期添加尿素水溶液。
SCR系统原理由于NOX和PM是可以产生互逆反应，在一定的条件下可以相互转换，SCR采用废气减少NOX产生的环境，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排放达到国四。
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，其运行过程如图所示，尾气从涡轮出来后进入排气管，排气管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素溶液和尾气中的氮氧化合物在SCR反应罐中发生氧化还原反应，生成氮气和水排出车外。
SCR系统图SCR系统结构对于国内的重卡，新增加后处理和排放诊断功能，是国三升级到国四车型的典型技术特征。
因此，国四SCR车型必有电控发动机+后处理系统+OBD诊断系统。
平时，可以从车型外观和发动机铭牌信息，快速识别出一款国四车型。
SCR系统主要有车用尿素罐、SCR催化器、尿素计量模块、传感器等组成。
其中，SCR催化器与排气管消音器集成为一体，因此SCR 后处理器最容易一眼辨别的就是它有尿素罐。
国内尿素罐基本都是独立放置在车架侧面，如下图所示。
国外尿素罐的布置，分为独立式和集成式两种。
SCR技术与EGR技术哪个更优越
SCR技术与EGR技术哪个更优越－－两种实现欧Ⅳ排放的技术比较在环保、节能的大趋势下，我国卡车工业正面临三个转型期：2007年实现欧Ⅲ排放标准是近阶段的实际挑战；2010年实现欧Ⅳ排放标准是长期目标；而2012～2013年是否实现欧Ⅴ排放标准还处于讨论之中。
目前，我国卡车发动机业内，在实现欧Ⅱ向欧Ⅲ的提升过程中，基本是通过在欧Ⅱ发动机基础之上进行技术改进达到欧Ⅲ，如通过加强中冷以冷却进气温度来降低氮氧化物排放；更换欧Ⅱ发动机的机械喷射系统为电控高压喷射系统，通过电控技术实现各操作点的优化，降低氮氧化物和颗粒物的排放，并以较高的压力进一步降低颗粒物的排放；增高峰值点火压力改进发动机效率等。
业内专家表示，我国卡车发动机实现欧Ⅱ到欧Ⅲ的提升基本问题不大，但要实现从欧Ⅲ向欧Ⅳ，甚至欧V标准演进，需要我国卡车发动机业再上一个更高的台阶。
目前，业内讨论比较多的两种实现欧Ⅳ排放的技术是装有柴油微粒过滤器（DPF）的废气再回收装置(EGR)和选择性催化还原技术(SCR)。
这两者孰优孰劣，请看以下对这两种技术的说明和比较。
EGR系统的原理及特点废气再回收装置(EGR)通过将废气在EGR冷却器中冷却后混入进气中（总的废气流量由EGR阀门控制），降低了缸内的氧气浓度和燃烧过程中气体的最高温度，同时降低了氮氧化物的排放。
另一方面，缸内较低的氧气浓度将会增加颗粒物的排放，需要通过DPF来降低。
DPF的基质由多孔材料组成，可以是陶瓷也可以是金属。
它由很多管道组成，这些管道的入口和出口之一是封闭的，废气在进入口封闭的管道之后必须通过蜂窝状的管壁进入相邻的只有出口开放的管道。
当穿过管壁的时候，颗粒物会从排气气流中分离出来并在管壁上堆积。
过滤的效率在８０％～９０％，这取决于过滤器的材料和系统布局。
这些沉积在过滤器上的颗粒物如果不通过过滤器再生清除的话，最后过滤器就会被阻塞。
如果发动机在大负荷下运转，废气的温度就足以燃烧这些颗粒物。
SCR与EGR优劣对比
SCR基本原理
尿素水溶液在热废气作用下发生水解反应，生成 NH3，NH3在SCR催化剂中与NO和NO2发生反应， 达到去除NOx的目的，同时过多的NH3在NH3 Slip 催化剂AMOX中氧化成N2。 因此SCR技术需要添加尿素。
EGR系统工作原理
NOx产生的条件有两个：高温，富氧 将一定的燃烧后的废气通过控制阀引入进气管与新 鲜气体混合后进入气缸燃烧，这一部分惰性废气可 减缓燃烧进度、降低最高燃烧温度，起到减少Nox 的作用。 POC的基本原理 在DOC中NO氧化成NO2，同时颗粒PM中的SOF、 CO会被氧化成CO2，生成的NO2与Filter中积聚的 solid Carbon发生反应生成CO2，达到去除PM的目 的，但SO2会被氧化成SO3 。 因此POC对S比较敏感
3、使用对比 SCR技术在使用过程中需要添加尿素，尿 素的价格决定了SCR技术额外增加的使用成 本。但是对燃油、机油等可以与国3一样。 EGR技术在使用过程中免维护。但是必须 使用含硫量小于50ppm的燃油及CI-4级以上 的机油而且机油更换周期较短。
SCR与EGR技术对比
配套开发室
对已经达到欧III排放的发动机来说，达到欧
IV排放主要有两条技术路线： 1、SCR技术：SCR喷射+SCR后处理器 2、EGR技术：EGR+POC
第一部分两种技术介绍
SCR系统主要部件：尿素箱（带尿素液位温度传 感器）、尿素泵、尿素喷嘴、上游温度传感器、环 境温度传感器、NOx传感器、ECU（或DCU）及 相应的管路、线束和SCR后处理器。
EGR系统的主要传感器为：节气门、EGR阀、MAF 传感器、DPS传感器已经相关的管路和后处理器 POC。
SCR系统
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化图1 SCR系统原理图尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOX排放的一种有效方式。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
我国从2008年7月１日起全面实施国Ⅲ排放法规，2010年1月1日将要实施国Ⅳ排放法规。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOX排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOX的限制。
图2 SCR系统网格和边界条件位置图SCR系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。
系统的基本工作原理是（见图1）：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。
一般情况下，消耗100L燃油的同时会消耗5L液体尿素水溶液。
在SCR中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O→2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2ONH3氧化：4NH3＋3O2→2N2＋6H2O在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。
利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
图3 在某一位置不同的喷射方向本文介绍了在某重型国Ⅳ柴油机的开发过程中，利用CFD工具对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
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部件组成 -DOC氧化催化转换器
? 氧化催化转化器可以降低碳氢、一氧化 碳以及部分微粒
? 氧催化转化器是一个圆筒形的陶瓷载体， 中间有许多细长的通道，可以大大增加陶 瓷载体内部的表面积
? 活性催化材料是用真空金属化的方法加 到陶瓷表面的，有害物质与催化材料接触 时就会被转化
?Beijing China
?Contains confidential proprietary and trade secrets information of CNH Industrial. Any use of this work without express written consent is strictly prohibited.
h) 0.14 W 0.12 g/k 0.10 粒( 0.08 微 M 0.06 P 0.04
0.02
Euro 2
EGR
Euro 3 微粒捕捉器DPFPM-optimised combustio
n
柴油机氧S化CR催化减少器S微粒DC的OR优化C燃烧
0
Euro 5 Euro 4 12 3 4
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部件组成 -冷却器的清洗
? 注意：以下步骤仅作参考，具体请参考厂家的维修手册 ? 冷却液可能会逐渐形成积碳或者由于其它做功气缸的故 障导致快速生成积碳 ? 可以使用安全溶剂或矿物油清洁冷却器内部 ? 彻底加满 EGR 冷却器模块总成 ? 将暴露的模块表面朝上放置，浸泡EGR冷却器一段时间 ? 排出 EGR 冷却器中的液体，用矿物油或溶剂进行冲洗 ? 用压缩空气吹干 EGR 冷却器的内侧。间歇晃动，以清除 EGR冷却液内部松动的碎屑 ? 用水冲洗冷却器的冷却液侧以降低溶剂或清洁剂进入冷 却液的可能
3
PM颗粒物的危害
?11 μm及以上颗粒不会 进入人体 ?7-11 μm颗粒只能进入 鼻腔 ?4.7-7 μ颗m 粒可到达咽 部 ?3.3-4.7 μm颗粒可进入 气管及浅层支气管 ?2.1-3.3 μm颗粒可进入 深层支气管
4
欧盟法规
EPA 美国法规
满足欧盟或美国法规均可
日本标准
5
6
0.16
? 空气流经此传感器时，部分空气流入传感器内部，
吹过传感器内部一个被电加热的导体 ? 空气的流动可以冷却导体，造成其电阻值变化 ? 空气流量越大，电阻值变化越大。 ? 发动机电脑根据电阻值的变化根据确定空气的流量
? 该传感器出厂时与气管配套，不可随意互换
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10
部件组成 -节气门执行器
柴油机催化氧化器 DO C+颗粒捕捉器 DPF
进气歧管 温度 / 压 力
传感器9
部件组成 -空气流量传感器
? 用于测量进入发动机汽缸内的空气流量 ? 发动机电脑利用该传感器保证合适比例的废气再循
环进入气缸
? 常见形式是一个热线式传感器(hot-wire sensor)
NOx 氮氧化合物 (g/kWh)
7
?EGR系统
?SCR系统 ?两个系统的优缺点
8
原理及组成部件
空气滤清 器
空气流量 传感器
空空中冷器 节气门
进气歧管温度压力传感器测量进入气缸的混合气总量 空气流量传感器测量进入气缸的新鲜空气总量 节气门在某些工况下降低进气歧管压力，使再循环废气可以流入
涡轮增压器
? 常见多为PWM调制脉宽信号控制 ? 根据进气量的需求，发动机电脑根 据进气的要求，通过节气门执行器(2) 控制蝶阀的位置 ? 绝不允许直接向节气门执行器通电 的方式测试碟阀是否正常工作 ? 维修时，可以用溶剂清洁发动机节 气门执行器，然后用压缩空气吹干。 但不要将其浸入溶剂中 ? 如果配备了VGT增压器，节气门执行 器就会被取消
什么是 NOX
? 包括NO和NO2 ?NO－无色气体 ?NO2－黄褐色气体 ?由氮气与氧气在一定条件下反应生成(例如燃烧)。
? 产生条件： ?高温 ?富氧 ?足够的反应时间
? 主要产生于柴油机高负荷工况 ? 在阳光下与碳氢化合物反应形成构成光化学烟雾 ? 最直接的方式是降低缸内燃烧温度
2
什么是 PM
? 利用发动机尾气热量加热陶瓷体表面的 催化剂到足够温度, 有效降低尾气中可分 解有机颗粒
? > 90 %未燃烧或部分燃烧的HC被转化成 水蒸气和CO2，有害的CO被转化成CO2.
Dies氧el化O催xi化da转ti化on器C
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部件组成 -DOC的检查
? 发动机停机后，DOC设备仍然会长 时间保持高温 ? 如果从涡轮增压器出口到DOC设备， 能够看到发动机机油或燃油的痕迹， 则必须更换后处理柴油氧化催化器 ? 通过检查，如果堵塞 (1) 的单元 少于 50%，则后处理柴油氧化催化器 能够继续使用。如果超过 50% 的单 元依然堵塞 (2)，则更换后处理柴油 氧化催化器 ? 注: 使用高硫燃油可以产生硫酸盐 颗粒而堵塞单元
以上图片仅 供参考
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部件组成 -EGR 控制阀
? 常见的EGR控制阀由发动机电脑控制,接收 来自发动机电脑的直流电源 ? 常见的EGR控制阀内为常闭阀 ? 常见的EGR控制阀使用内部电机，克服弹簧 力打开 ? 常见的EGR控制阀内部有位置传感器用于指 示位置 ? 不要施加外力来开关提升阀。 ? 不可维修。EGR控制阀总成不可解体
以上图片仅 供参考
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部件组成 -EGR 冷却器的检查
? 注意：以下步骤仅作参考，具体请参考厂家的 维修手册 ? 断开冷却器冷却液进口或出口接头和 EGR 阀 冷却液管接头的其中一个
? 在断开的冷却液管上连接并固定一根调压空气 供应软管 ? 将 EGR 冷却器放入热水箱中 ? EGR 冷却器必须完全浸入水中 ? 施加一定的的气压 ? 检查有无气泡从冷却器冒出 ? 核实气泡不是由于管接头松动或残留的空气造 成的
? 排气经稀释后通过过滤器所收集到的所有沉积物。 ? 主要成分包括碳颗粒, 燃油与机油中的重碳氢, 硫酸盐, 硝酸盐及灰分 ? 产生条件
?低温 ?缺氧 ?燃烧不完全 ? 主要发生在发动机低负荷，冷启动状态时 ? 柴油机产生的颗粒物都是PM2.5 ? 最直接的方式是提高喷射压力和提高缸内温度来控制PM的排放量