柴油发动机自1892年问世以来 , 凭借其良好的动力性、经济性和耐久性等优点, 在各种动力装置、船舶和车辆上得到了广泛的应用。从上世纪80年代后期开始, 轿车上也越来越多地应用柴油发动机 , 目前德国生产的1.4～2.0L 排量的小轿车中, 有 61%是柴油机轿车, 而法国柴油发动机轿车的比例高达88%。从世界范围来看, 汽车柴油化已成为一种不可逆转的趋势。
柴油机与同等功率的汽油机相比,微粒( PM) 和氮氧化物(NOx) 是排放中两种最主要的污染物。从目前降低汽车尾气排放的技术途径来看, 要达到国Ⅳ排放标准, 一般不再从发动机本身的结构方面采取措施, 通常是采取排气后处理的方式来降低污染物的排放量, 而尿素作为选择性催化还原法(SCR)是最具现实意义的方法, 它能把发动机尾气中的NOx 减少50% 以上。
什么是SCR?
SCR是Selective Catalytic Reduction的缩写,选择性催化还原转化器。SCR是用来降低发动机尾气中的NOx(氮氧化物)的,使车辆满足更高的排放法规要求,比如欧Ⅳ、国四排放要求。SCR的原理就是在含有NOx的尾气中喷入尿素水溶液(Adblue),使其中的NOx还原成N2(氮气)和H2O(水)。
由于NH3可以选择性的与NOx反应而不是被氧气氧化,因此反应称为选择性的关系：带SCR系统的卡车或轿车要使用尿素水溶液,如果不加的话OBD就会报警，超过2小时还不加，OBD就会限制发动机的输出功率，车辆加速无力，更长时间不加，OBD就会将发动机锁死。
SCR安装在柴油汽车排气系统中, 将柴油发动机排气中的NOx催化还原成N2和O2。尿素溶液通过一个加热的管道从尿素储液罐中被吸取, 然后用压缩空气将尿素溶液均匀地吹入尾气中, 尿素溶液被气化并释放出氨气, 然后在 SCR 系统的催化器中使 NOx 加速转化成纯净的氮气和水。
尿素热解原理：
尿素受热水解成氨气和水。
( NO2) 2CO→HNCO+2NH3
水解：HNCO+H2O→CO2+2NH3
合成：( NH2) 2CO+H2O→CO2+2NH3
NOx 转换：4NO+4NH3+O2→CO2+2NH3
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
氨气与NOx 催化还原反应生成对人体无害的N2(氮气)与H2O(水)。
尿素的喷入量必须与NOx 的浓度相匹配，在保证降低 NOx 的同时，不能超过一定的剂量。尿素的喷入量过少，达不到应有的处理水平; 尿素的喷入量过多，则会使多余的氨气排入大气，导致新的污染。所以，必须要有高灵敏度的NOx浓度传感器以及相应的高精度的尿素喷射装置。
为了选择清除NOx的最佳方法, 有必要研究柴油发动机的尾气排放情况,特别是 NOx 排放时的温度区间以及浓度。测试数据表明, 大约 80%的 NOx 是在柴油机最大负荷时排放的, 其相应的温度区间为350～550℃。由于尾气经过排气管路会有一定程度的降温, 因此催化转化器的工作温度可以限定在250～500℃。
SCR 的工作效率取决于气体的温度,如果在 200～500℃的温度范围内工作, 其效率是 85% , 实际车辆的操作条件都可以达到这个要求。欧Ⅳ标准要求的转化率是 50%, 欧Ⅴ标准要求达到 70%, 所以 SCR 系统完全能够满足要求。
我国正在积极地实施更为严格的排放法规,特别是制定了中重型柴油车的排放标准,其实施步骤是: 2016 年 4 月 1 日东部11省市实施国五排放法规, 2018年 1 月 1 日全国实施国五排放法规。
要达到国五排放标准, 尿素- SCR 催化净化技术是柴油机尾气污染治理最有效的技术之一。但是, 要使该技术在我国得到应用, 还存在很多问题。首先是技术问题,需要对发动机机内燃烧技术进行改进,再加上后处理装置。再者就是成本问题,SCR 技术比 DPF 技术更为复杂,成本也相对较高;发动机基本上都是采用高压共轨技术, 此技术的成本约为发动机成本的 50%, 对发动机生产企业来讲压力很大。此外, 还有尿素加注站的问题 , 需要国家的规划和政府的大力支持。可兰素连锁加注站有效解决国四国五车加注问题，在国内范围内大力推广十分关键。
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