Abgasbehandlungssystem für Dieselfahrzeuge
Dieselabgase sind die Abgase, die nach der Verbrennung von Diesel entstehen und Hunderte verschiedener Verbindungen enthalten. Diese Abgase riechen nicht nur seltsam, sondern verursachen auch Schwindel und Übelkeit und beeinträchtigen die Gesundheit. Laut Experten der Weltgesundheitsorganisation sind Dieselabgase hochgradig krebserregend und werden als Karzinogen der Klasse A eingestuft. Zu diesen Schadstoffen zählen hauptsächlich Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Feinstaub usw., die hauptsächlich in Bodennähe ausgestoßen werden und über Nase und Mund in die Atemwege gelangen und die menschliche Gesundheit schädigen.
Die Hauptemissionen von Dieselmotoren sind PM (Partikel) und NOx, während die CO- und HC-Emissionen geringer sind. Die Kontrolle der Abgasemissionen von Dieselmotoren umfasst hauptsächlich die Kontrolle der Entstehung von Partikeln (PM) und NOx sowie die Reduzierung der direkten PM- und NOx-Emissionen. Um das Abgasproblem von Dieselfahrzeugen zu lösen, setzen die meisten technischen Lösungen derzeit auf EGR+DOC+DPF+SCR+ASC-Systeme.
Abgasrückführung
EGR ist die Abkürzung für Abgasrückführung. Bei der Abgasrückführung wird ein Teil des vom Motor ausgestoßenen Abgases zum Ansaugkrümmer zurückgeführt und mit frischem Gemisch wieder in den Zylinder geleitet. Da das Abgas große Mengen mehratomiger Gase wie CO2 enthält und CO2 und andere Gase aufgrund ihrer hohen spezifischen Wärmekapazität nicht verbrannt werden können, sondern große Mengen Wärme aufnehmen, wird die maximale Verbrennungstemperatur des Gemisches im Zylinder gesenkt, wodurch die Menge an erzeugtem NOx reduziert wird.
DOC
DOC, vollständiger Name Dieseloxidationskatalysator, ist der erste Schritt des gesamten Nachbehandlungsprozesses, normalerweise die erste Stufe des dreistufigen Auspuffrohrs, im Allgemeinen mit Edelmetallen oder Keramik als Katalysatorträger.
Die Hauptfunktion des DOC besteht darin, CO und HC im Abgas zu oxidieren und in ungiftiges und harmloses CO2 und HO umzuwandeln. Gleichzeitig kann er lösliche organische Bestandteile und einige Kohlenstoffpartikel absorbieren und so die PM-Emissionen reduzieren. NO wird zu NO2 oxidiert (NO2 ist auch das Ausgangsgas der unteren Reaktion). Es ist zu beachten, dass die Wahl des Katalysators eng mit der Dieselabgastemperatur zusammenhängt. Bei Temperaturen unter 150 °C funktioniert der Katalysator grundsätzlich nicht. Mit steigender Temperatur steigt die Umwandlungseffizienz der Hauptbestandteile der Abgaspartikel allmählich an. Bei Temperaturen über 350 °C steigen aufgrund der hohen Sulfatproduktion die Partikelemissionen, und Sulfat bedeckt die Oberfläche des Katalysators, was dessen Aktivität und Umwandlungseffizienz verringert. Daher ist ein Temperatursensoren Zur Überwachung der DOC-Einlasstemperatur. Wenn die DOC-Einlasstemperatur über 250 °C liegt, zünden die Kohlenwasserstoffe normalerweise, d. h. es findet eine ausreichende Oxidationsreaktion statt.
DPF
Der vollständige Name des DPF lautet Dieselpartikelfilter. Er ist der zweite Teil des Nachbehandlungsprozesses und zugleich der zweite Abschnitt des dreistufigen Abgasrohrs. Seine Hauptfunktion besteht darin, Feinstaubpartikel einzufangen, und seine Fähigkeit, Feinstaub zu reduzieren, liegt bei etwa 90 %.
Partikelfilter können den Feinstaubausstoß effektiv reduzieren. Sie fangen zunächst die Partikel im Abgas ein. Mit der Zeit lagern sich immer mehr Partikel im DPF ab, und der Druckunterschied im DPF steigt allmählich an. DerDifferenzdrucksensorkann es überwachen. Wenn der Druckunterschied einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der DPF-Regenerationsprozess ausgelöst, um angesammelte Partikel zu entfernen. Die Regeneration von Filtern bezieht sich auf die allmähliche Zunahme von Partikeln in der Falle während des Langzeitbetriebs, was zu einem Anstieg des Motorgegendrucks und einer Verringerung der Motorleistung führen kann. Daher ist es notwendig, die abgelagerten Partikel regelmäßig zu entfernen und die Filterleistung der Falle wiederherzustellen.
Wenn die Temperatur in der Partikelfalle 550 °C erreicht und die Sauerstoffkonzentration über 5 % liegt, oxidieren und verbrennen die abgelagerten Partikel. Liegt die Temperatur unter 550 °C, verstopft zu viel Sediment die Falle. DieTemperatursensorÜberwacht die Ansaugtemperatur des DPF. Wenn die Temperatur nicht den Anforderungen entspricht, wird das Signal zurückgemeldet. In diesem Fall müssen externe Energiequellen (wie elektrische Heizungen, Brenner oder Änderungen der Motorbetriebsbedingungen) genutzt werden, um die Temperatur im DPF zu erhöhen und die Oxidation und Verbrennung der Partikel zu bewirken.
SCR
SCR steht für Selective Catalytic Reduction, die Abkürzung für Selective Catalytic Reduction System. Es ist zugleich der letzte Abschnitt im Auspuffrohr. Es verwendet Harnstoff als Reduktionsmittel und reagiert mithilfe eines Katalysators chemisch mit NOx, um NOx in N2 und H2O umzuwandeln.
Das SCR-System nutzt ein Einspritzsystem mit Druckluftunterstützung. Die Harnstofflösungs-Förderpumpe verfügt über ein integriertes Steuergerät, das die interne Harnstofflösungs-Förderpumpe und das Druckluft-Magnetventil nach festgelegten Verfahren steuern kann. Der Einspritzregler (DCU) kommuniziert über den CAN-Bus mit der Motor-ECU, um die Motorbetriebsparameter zu ermitteln und gibt dann basierend auf denHochtemperatursensor, berechnet die Harnstoffeinspritzmenge und steuert die Harnstofflösungsversorgungspumpe, um die entsprechende Harnstoffmenge über den CAN-Bus in das Auspuffrohr einzuspritzen. Die Funktion der Druckluft besteht darin, den abgemessenen Harnstoff zur Düse zu befördern, sodass der Harnstoff nach dem Sprühen durch die Düse vollständig zerstäubt werden kann.
ASC
ASC Ammonia Slip Catalyst ist die Abkürzung für Ammoniak-Slip-Katalysator. Aufgrund von Harnstoffleckagen und geringer Reaktionseffizienz kann das durch Harnstoffzersetzung entstehende Ammoniak direkt in die Atmosphäre gelangen, ohne an der Reaktion teilzunehmen. Dies erfordert die Installation von ASC-Geräten, um den Ammoniakaustritt zu verhindern.
Der ASC wird im Allgemeinen am hinteren Ende des SCR installiert und verwendet eine Katalysatorbeschichtung wie Edelmetalle auf der Innenwand des Trägers, um die REDOX-Reaktion zu katalysieren, bei der NH3 in harmloses N2 umgewandelt wird.
Temperatursensor
Wird verwendet, um die Abgastemperatur an verschiedenen Stellen des Katalysators zu messen, einschließlich der Einlasstemperatur von DOC (normalerweise als T4-Temperatur bezeichnet), DPF (normalerweise als T5-Temperatur bezeichnet), SCR (normalerweise als T6-Temperatur bezeichnet) und der Katalysator-Auspuffendrohrtemperatur (normalerweise als T7-Temperatur bezeichnet). Gleichzeitig wird das entsprechende Signal an die ECU übertragen, die basierend auf den Rückkopplungsdaten des Sensors die entsprechende Regenerationsstrategie und Harnstoffeinspritzstrategie ausführt. Die Versorgungsspannung beträgt 5 V und der Temperaturmessbereich liegt zwischen -40 °C und 900 °C.
Differenzdrucksensor
Es wird verwendet, um den Abgasgegendruck zwischen dem DPF-Lufteinlass und -auslass im Katalysator zu erfassen und das entsprechende Signal zur Funktionssteuerung des DPF und zur OBD-Überwachung an die ECU zu übertragen. Die Versorgungsspannung beträgt 5 V und die Arbeitsumgebungstemperatur beträgt -40 bis 130 °C.
Sensoren spielen in Abgasnachbehandlungssystemen von Dieselfahrzeugen eine entscheidende Rolle. Sie helfen bei der Überwachung und Kontrolle der Emissionen, um Umweltvorschriften einzuhalten und die Luftqualität zu verbessern. Sensoren liefern Daten zu Abgastemperatur, Druck, Sauerstoffgehalt und Stickoxiden (NOx). Diese Daten nutzt das Motorsteuergerät (ECU), um Verbrennungsprozesse zu optimieren, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungskomponenten zu verlängern.
Da sich die Automobilindustrie weiterhin auf die Reduzierung von Emissionen und die Verbesserung der Luftqualität konzentriert, ist die Entwicklung und Integration fortschrittlicher Sensoren für die Erreichung dieser Ziele von entscheidender Bedeutung.