目前國(guó)四車為了符合排放標(biāo)準(zhǔn)，一般采用SCR系統(tǒng)，所以需要用到車用尿素溶液，它是一種無(wú)味無(wú)毒的溶液，存儲(chǔ)在卡車上特別的儲(chǔ)存容器內(nèi)。當(dāng)廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排出后，它會(huì)與廢氣一起到達(dá)卡車催化轉(zhuǎn)化器，然后將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮和水，從而大大減低廢氣排放量。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理技術(shù)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心。SCR處理系統(tǒng)是當(dāng)前柴油機(jī)排氣后處理技術(shù)之一，它能有效地去除柴油機(jī)排氣中的NOx。通過(guò)將SCR處理系統(tǒng)與共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合并合理匹配，可滿足更高排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制主要是對(duì)排放中的PM和NOx的處理�？刂芇M排放的措施有氧化催化器（可溶性顆粒物）、顆粒捕集器（固體顆粒物）。而研究開(kāi)發(fā)中的柴油機(jī)NOx后處理方法有選擇性非催化還原SNCR、選擇性催化還原SCR、非選擇性催化還原NSCR和吸附還原催化劑以及最新提出的等離子體-催化轉(zhuǎn)化技術(shù)——低溫等離子體技術(shù)具有同時(shí)去除NOx和顆粒物PM的潛力。目前，國(guó)內(nèi)的幾家大型柴油機(jī)廠大都通過(guò)機(jī)內(nèi)凈化降低碳煙，然后利用SCR系統(tǒng)降低NOx排放的方法來(lái)滿足國(guó)Ⅳ排放法規(guī)對(duì)碳煙和NOx的限制。
一、高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的SCR系統(tǒng)
1、SCR系統(tǒng)的構(gòu)成
SCR系統(tǒng)的作用是去除柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx。系統(tǒng)采用尿素作還原劑（又名添藍(lán)），在選擇性催化劑的還原作用下，NOx被還原成氮?dú)夂退�。SCR系統(tǒng)包括：尿素水溶液儲(chǔ)罐、輸送裝置、計(jì)量裝置、噴射裝置、催化器以及溫度和排氣傳感器等。
共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的催化消聲器可以是箱式或桶式，內(nèi)部裝有SCR催化器和消聲器管路，表層的不銹鋼板下的隔熱材料，保證使用過(guò)程中的邊面溫度不會(huì)過(guò)高。
尿素溶液儲(chǔ)存罐用于儲(chǔ)存尿素溶液，集成有液面高度和溫度傳感器。其內(nèi)部裝有化冰熱交換裝置，利用柴油機(jī)冷卻水的熱量進(jìn)行化冰。出液口內(nèi)部裝有粗濾器，以防大于0.1mm的大顆粒進(jìn)入噴射系統(tǒng)。
計(jì)量噴射泵總成包括計(jì)量噴射泵和控制器。泵的作用是以一定的壓力輸送尿素溶液。控制器的作用是通過(guò)CAN總線與柴油機(jī)ECU通訊，獲取柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息和SCR系統(tǒng)上的各種傳感器的數(shù)值，根據(jù)事先標(biāo)定好的各種脈譜，適時(shí)計(jì)算柴油機(jī)實(shí)際工作情況下SCR系統(tǒng)的尿素噴射量，從而使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx成分被精確還原。由于泵的吸力和自動(dòng)排空能力有限，泵的進(jìn)液口距罐底面垂直距離不能超過(guò)700mm，平面距離不能超過(guò)10m。
尿素噴嘴的作用是按照控制器的指令來(lái)進(jìn)行尿素溶液的噴射。噴嘴的主體由不銹鋼材料制成，安裝在排氣管上。
冷卻液電磁閥是為系統(tǒng)化冰服務(wù)的。當(dāng)電控單元通過(guò)尿素溫度傳感器感應(yīng)到尿素溫度較低，可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰的情況，那么控制器將打開(kāi)加熱水電磁閥。熱的柴油機(jī)冷卻液就會(huì)順著管道流向儲(chǔ)存罐和泵內(nèi)置的熱交換器，這些地方的冰就會(huì)迅速融化。閥體上一般標(biāo)有流動(dòng)方向，安裝時(shí)請(qǐng)注意安裝方向。
2、SCR系統(tǒng)的工作原理
在SCR系統(tǒng)中發(fā)生的復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)包括：尿素水溶液的噴射、霧化、蒸發(fā)、尿素的水解和熱解氣相化學(xué)反應(yīng)以及NOx在催化劑表面與NH3發(fā)生的催化表面化學(xué)反應(yīng)。其主要化學(xué)方程式如下：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O
SCR系統(tǒng)的工作過(guò)程是：當(dāng)車輛的鑰匙開(kāi)關(guān)打到ON擋的時(shí)候，控制器（ECU）開(kāi)始通電，與此同時(shí)尿素計(jì)量泵開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，從尿素儲(chǔ)存罐中抽吸尿素溶液，前期計(jì)量泵以最大工作壓力進(jìn)行工作，目的是快速建立壓力，當(dāng)泵腔中的壓力達(dá)到5bar后，計(jì)量泵將由ECU進(jìn)行閉環(huán)控制，保持泵腔的壓力，用于尿素噴嘴的冷卻和噴射。當(dāng)轉(zhuǎn)速和排氣溫度達(dá)到預(yù)先標(biāo)定好條件后，尿素噴嘴才會(huì)噴射尿素溶液。尿素溶液的噴射量由ECU根據(jù)柴油機(jī)的工況、催化器溫度和環(huán)境狀態(tài)來(lái)精確計(jì)量。尿素溶液被噴射到排氣管中，與柴油機(jī)排氣進(jìn)行均勻混合并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，凈化排氣。由于尿素溶液在氣溫低于-11℃的時(shí)候會(huì)結(jié)冰，為了保證系統(tǒng)在低溫時(shí)候的正常使用，系統(tǒng)配置有化冰功能，化冰的熱源來(lái)源于柴油機(jī)的冷卻水。當(dāng)電控單元通過(guò)尿素溫度傳感器感應(yīng)到尿素溶液溫度較低，可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰的情況，那么ECU將打開(kāi)加熱水電磁閥。熱的柴油機(jī)冷卻液就會(huì)順著管道流向尿素儲(chǔ)存罐和尿素計(jì)量泵內(nèi)置的換熱器，這些地方的冰就會(huì)迅速融化。由于冷卻液管道和尿素膠管扎在一起，外套保溫管，所以尿素管道內(nèi)部的冰也會(huì)同時(shí)融化。
3、SCR系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)
SCR系統(tǒng)混和管的布置設(shè)計(jì)對(duì)SCR載體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有很大的影響。在國(guó)Ⅳ柴油機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，相當(dāng)多的工作是對(duì)混和管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括管道的幾何形狀、尿素噴射裝置的位置和噴射角度等。對(duì)管道的幾何形狀、尿素噴射裝置的位置及噴射角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證在混和管路不出現(xiàn)粒子撞壁后的結(jié)晶。通過(guò)對(duì)SCR載體入口速度均勻性和整個(gè)載體的壓力損失情況進(jìn)行計(jì)算分析，保證載體入口速度分布均勻，整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生較小的壓力損失。
通過(guò)計(jì)算優(yōu)化排氣管道形狀以及噴射位置和噴射角度，避免尿素水溶液撞壁出現(xiàn)沉積，堵塞管路。利用數(shù)值模擬研究這些過(guò)程，可以優(yōu)化混和管路的設(shè)計(jì)和尿素噴射裝置的布置，從而優(yōu)化SCR系統(tǒng)的布置，預(yù)測(cè)催化效率，減少試驗(yàn)成本。
二、應(yīng)用SCR技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制主要是對(duì)排放中的PM和NOx的處理。處理方案一是先在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)處理NOx，再處理PM；或者兩種都進(jìn)行后處理。最后這種方法存在一個(gè)污染源回收的處理問(wèn)題。沒(méi)有EGR系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)處理NOx是非常困難的，并且燃油消耗更高。因此，一般多采用在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)減少PM排放，在廢氣中處理NOx。
1、目前在廢氣中處理NOx采用的是SCR處理技術(shù)，即：利用尿素溶液（水溶液濃度為32.5%±0.5%），在排氣中噴入尿素、氨水等還原性物質(zhì)，將NOx（主要是NO）還原為N2和H2O。它無(wú)毒、潔凈、無(wú)氣味、不易著火、無(wú)危險(xiǎn)，但有腐蝕性，必須使用特殊的容器儲(chǔ)存。
2、SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制，尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配，在保證降低NOx的同時(shí)，不能超過(guò)份量。尿素的噴入量過(guò)少，則達(dá)不到應(yīng)有的處理水平，尿素的噴入量過(guò)多，則會(huì)使多余的氨氣排入大氣，導(dǎo)致新的污染。所以，必須要有高靈敏度的NOx濃度傳感器以及相應(yīng)的高精度的尿素噴射裝置。而且尿素消耗較快，定期添加尿素的責(zé)任也必須由用戶來(lái)完成。
3、使用SCR后不但要增加SCR本身裝置的重量，另外還要增加一個(gè)尿素溶液箱和尿素溶液。汽車會(huì)損失一部分的有效載荷。
4、SCR作為一個(gè)新的后處理技術(shù)，因購(gòu)置、操作和保養(yǎng)費(fèi)用高、需要加一套較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)還原劑噴射量的控制系統(tǒng)等等原因，在車用柴油機(jī)上還沒(méi)有得到大范圍的推廣。
5、必須保證行駛區(qū)域內(nèi)對(duì)尿素需求的供應(yīng)，需要車載診斷，并需要自覺(jué)及時(shí)地加尿素。
在SCR技術(shù)的應(yīng)用方面，目前已基本解決尿素的儲(chǔ)存、注入和噴射策略等技術(shù)問(wèn)題，使用耐久性好，但還需進(jìn)一步解決降低SCR裝置以及尿素加注站的成本等問(wèn)題。
三、SCR系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)
SCR系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)控制的系統(tǒng)，當(dāng)車輛的鑰匙開(kāi)關(guān)處于ON擋，車輛電壓正常，相關(guān)管路連接正確，系統(tǒng)將在控制器的指揮下自動(dòng)排空、自動(dòng)化冰、自動(dòng)噴射等，不需人為干預(yù)。SCR系統(tǒng)基本免維護(hù)，只要加注符合標(biāo)準(zhǔn)要求的尿素，系統(tǒng)內(nèi)部終身免維護(hù)。用戶只要做的就是保持系統(tǒng)外表干凈，電器接頭干燥即可。
避免尿素儲(chǔ)存罐中尿素溶液液位低于最低液位的情況下工作，因?yàn)閲娮煨枰褂媚蛩厝芤簛?lái)冷卻，所以儲(chǔ)存罐中的尿素溶液過(guò)少的話會(huì)使噴嘴冷卻不足，從而導(dǎo)致噴嘴損壞。
SCR系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，計(jì)量噴射系統(tǒng)要抽干管道中的殘液，以防結(jié)晶堵塞，所以點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉一分鐘后再斷開(kāi)蓄電池總開(kāi)關(guān)。
SCR系統(tǒng)的故障暫時(shí)不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，但不能故障持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因?yàn)镾CR系統(tǒng)不正常工作或停止運(yùn)行時(shí)，車輛排放將不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)而污染環(huán)境。如果故障持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電控系統(tǒng)將降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。SCR系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，SCR故障指示燈會(huì)點(diǎn)亮。
