朝柴国Ⅵ柴油机采用COOLED-EGR+DOC+DPF+SCR的技术路线。COOLED-EGR+DOC+DPF+SCR的技术路线在欧洲广泛使用,并且排放一致性好,成为国六开发的主流技术路线。
DPF的再生控制确定采用缸内再生技术方案。通过推迟主喷时刻,增加后喷,优化标定数据,实现全工况的主动再生。
4SK国六产品技术路线 :COOLED-EGR+DOC+DPF+SCR
NGD3.0国六产品技术路线:COOLED-EGR+DOC+DPF+SCR
1)国五国六控制策略对比
> 国五发动机
技术路线是:高压共轨+SCR+ASC,在机内控制PM,后处理系统处理控制NOx。
> 国六发动机
技术路线是:高压共轨+冷却EGR+DOC+SCR+ASC,在机内控制PM+NOx,后处理系统处理控制PM+NOx。
考虑到批量生产后整机成本以及整车布置的难易,DPF的主动再生采用缸内后喷的再生技术方案。
2)朝柴国六技术路线布置示意图
> 电控高压共轨+增压中冷+EGR+DOC+PDF+SCR
> 欧六后处理器处理排放污染物示意图
3)EGR工作过程
排气再循环(废气在循环)简称EGR,是目前常用控制内燃机NOx排放的有效措施之一,是优化和改善燃烧过程为主的机内净化措施,是把一定数量的排气引入进气系统,使得混合气中的惰性气体(H2O、N2、CO2等)的比例增加,由于这些惰性气体的比热容较高,经排气稀释的混合气的比热容增高,使柴油机的最高燃烧温度下降,同时排气对新混合气的稀释又降低了混合气体中的氧的浓度,恶化了NOX的生成条件,从而有效的抑制了NOX的生成,此外,适当的EGR,还有降低柴油机的泵气损失、减少工质向冷却液的传热损失、提高循环效率等效果,然而,EGR量过多,会导致混合气的着火性变差,造成油耗上升、动力性下降,HC排气量上升,通过对EGR量的适当控制,并与柴油机的其他参数调整有机配合达到降低NOX排放和柴油机的动力性、经济性及HC排放特性之间的适当折中。
排气再循环量通常用EGR率来表示,其定义是:EGR率=再循环排气量/(吸入空气量+循环排气量)×100%
> 柴油机不同工况对EGR的需求
■ 在低速、低负荷工况,NOX排放浓度比较低,且汽缸内残气量较多。燃烧稳定性较差EGR量应减少或停止;
■ 在起动暖机过程中,由于进气温度和冷却温度较低,NOX排放量较少,故一般冷却液温度较低时不进行EGR,以防止破坏燃烧稳定性
■ 进气温度对柴油机的燃烧有很大的影响,在进气温度过低时,适当减少EGR量;
■ 由于NOX排放量随符合的增大而增大,因此,随负荷的增大相应增加EGR量;
■ 在高速、全负荷工况,为保证其动力性,应适当减少或停止EGR量;
■ 为降低加速工况的NOX排放,在加速的过程中进行适量的EGR,一旦加速完成,应停止EGR,以保证车辆的动力性。
2. CY国Ⅵ产品的主要结构特点及攻用
朝柴NGD国六发动机外观与NGD国五发动机基础上增加EGR系统、电子节气门等;
1)电子节气门
> 部件位置
电子节气门安装在发动机进气管和进气胶管中间,在EGR进气口前。
■ 在熄火时完全关闭节气门,有效防止熄火瞬间由于气缸吸入空气和未完全燃烧的燃油,造成发动机抖动;熄火时快速切断进气,防止熄火 瞬间缸内未完成燃烧的燃油和空气继续工作产生的熄火抖动现象。
■ 为达到更高的EGR率,进行进气节流,从而降低进气道空气压力,使废气更容易进入进气道,达到减排目的;
■ DPF再生时,通过控制进气量的大小(其实质是控制空燃比)并配合额外喷射的燃油(后喷射和次后喷射)从而达到提高DPF的再生温度 的目的;
■ 对于城市工况的SCR路线,因车辆经常处于低速、低负荷工况下,排气温度低,造成氮氧化物排放严重超标,通过控制进气量的大小,并 配合额外喷射燃油,能够有效提高排气温度,提高SCR系统工作效率。
■ 柴油机中的节气门与汽油机的节气门所起的作用是截然不同的,柴油机中的节气门的作用是通过调节新鲜空气量来间接改变废气循环的比 例,该阀一般都在低负载和低转速的时候才工作。
> 工作参数
■ 工作电压范围:18~32V
■ 控制频率:1K~20KHz
■ 在工作电压24V时:
■ 电机堵转最大电流(﹣40℃/常温/120℃/140℃):5.3A/4.1A/3.0A/2.8A
■ 电机正常工作时最大电流(﹣40℃/常温/120℃/140℃):1.8A/1.58A/1.1A/0.95A
2)EGR系统
> EGR阀参数
序号 参数名称 数值
1. 类型 霍尔
2. 供电电压 5V±0.5V
3. 位置区域 90℃旋转式
4. 电流消耗 ﹤10mA
5. 电流输出 ﹤15mA
6. 精度 ﹤±2% of Vcc
7. 线性度 小于±1% of Vcc
8. 输出噪音 小于 1mv
9. 运行温度范围 ﹣40~℃ 150℃
10. 磁滞 ﹤0.1°
11. 短路过压保护 小于 18v
12. 反向电压保护 12V (mac. 1 min)
> 关于最大位置的判断依据
■ 目前EGR阀最大位置点的相互关系为:7.5mm 升程 4.5V 电压 100%开度
■ 若ECU能够检测到Vtest ﹥4.35V,可判定能达到全行程
■ 若ECU能够检测到反馈电压V反馈 ﹥4.85V,可判定EGR阀传感器输出异常
■ 软件定义4.5V为100%,90%定义为EGR全开,正常运转EGR开度不会高于90%
3)进气流量计
国六发动机新增加了空气流量计,测量发动机的进气量,把信息反馈到ECU。
空气流量计用来测量吸入的新鲜空气量,与电控单元(ECU)计算出的精确喷油量,从而获得最佳的空燃比,从而达到比较好的排放效果
4)尾气催化箱
国五为气助式尿素喷射系统,国六为非气助式尿素喷射系统。
> DOC工作原理:
1、DOC主要去除排气中CH和CO,将一部分NO氧化成NO2,同时提升DPF前温度
DOC是一种氧化型催化氧化器,采用涂覆在载体表面的催化剂来降低化学反应的活化能,使氧化反应能在较低的温度下快速进行。当发动机废气通过DOC时,其中大部分的HC、CO和SOF(可溶性有机物)与排气中残留的O2反应,生成无害的CO2和H2O。同时可以把废气中的部分NO氧化生成NO2供DPF的被动再生需要。
2、燃油起然,为DPF主动再生提供温度;
当PDF主动再生时,通过缸内后喷将燃油喷到排气中,排气管中燃油与排气混合气,在到DOC处,达到起燃温度(≧250℃)时,燃油开始燃烧,为后面的DPF中的颗粒(碳)再生提供温度,从而实现DPF的主动再生。
> 后处理传感器位置
>后处理功能示意图
>后处理安装要求:
■ 四个排气温度传感器(DOC前排温、DPF前排温、SCR前排温、SCR后排温)不能混接,否则上市后会暴露严重系统故障。(如果将DPF 前排温和SCR前排温接错,DPF上游温度可能超过600度而再生超温,SCR本身没有达到足够温度可能开始喷射尿素)
■ 催化消声器支架和车辆大梁的连接需要使用弹性减震装置,这样可使内部陶瓷催化器芯免受剧烈振动。
■ 催化消声器比传统的消声器重了很多。整车厂应检查当前催化消声器安装系统的强度,如有必要,需要新设计。
■ 涡轮增压器出口和排气处理装置之间使用金属软管连接,目的是避免发动机的振动传到催化消声器,使催化消声器内的催化器免受振动。