 | |
| 图 1 | g03275157 |
适用于 C175 发动机的 Caterpillar（标准）Tier 4 开放式发电机组系统配置 (1) CEM (2) 喷射控制机柜 (3) 柴油机排气处理液（DEF）缓冲罐 | |
 | |
| 图 2 | g02665059 |
适用于 3500 发动机的 Caterpillar（标准）Tier 4 开放式发电机组系统配置 (1) CEM (2) 喷射控制机柜 (3) 柴油机排气处理液（DEF）缓冲罐 | |
系统结构图
 | |
| 图 3 | g02430859 |
(1) CEM (2) 喷射控制机柜 (3) DEF 客户供应罐 (4) 压缩空气供应 (5) 空-空后冷却器 (6) 空气滤清器 (7) 涡轮增压器压缩机 (8) 涡轮增压器涡轮 (9) 柴油氧化催化器 (DOC) (10) 混合管 (11) 选择性催化还原（SCR） (12) 氨氧化（AMOx）催化器 (13) 排气出口 | |
柴油机排气处理液（DEF）
注: 提供有工具用于测量 DEF 浓度。 此工具为 431-7087 工具总成（折射计） 。 有关正确步骤，请参考测试和调整, "柴油机排气处理液质量 - 测试"。
选择性催化还原（SCR）指的是处理发动机排气的方法，旨在减少不需要的氮氧化合物 NOx。 SCR 使用催化剂促进所需的化学反应超过其它可能的化学反应。 催化剂保持不变。 氨气（NH3）混入排气中，与催化剂上的 NOx 反应，形成无害化合物（水和氮气）。 此系统中，向排气喷射尿素（（NH2）2CO），在加热情况下快速分解为氨气。 使用尿素是因为尿素比较便宜，不需要氨气要求的特殊处理。
DEF 是尿素水（溶解在水中的尿素盐）。
此系统要求 DEF 溶液浓度为 32.5%（按重量计算）。
针对此溶液，32.5% 的浓度有可能的最低冰点 −11 °C (11 °F)。
浓度为 32.5% 的尿素通过凝固和融化来保持恒定浓度。
DEF 必须保存在温度低于 50 °C (122 °F) 的环境中以延迟分解。
注: 客户负责提供 DEF 从现场罐到缓冲罐的粗滤。 该系统要求一个 40 微米的粗滤器。
只使用按照 ISO 22241-1 满足品质特性的 DEF。 使用不满足 ISO 22241-1 的 DEF 可能会导致喷嘴堵塞。
参考操作和保养手册, "保养章节"获得 DEF 供应商的位置。
DEF 是一个氨气的无毒源。 32.5% 浓度的溶液呈弱碱性，pH 值为 9.5，类似于小苏打或肥皂水。
DEF 具有腐蚀性。 不要将 DEF 存放在以下材料制成的罐中或使用由以下材料制成的供应管路：铝, 铜 和 钢。 只使用抗腐蚀材料，例如 PVC 或不锈钢。 所有 O 形密封圈都必须为三元乙丙橡胶（EPDM）。
C175 发动机的清洁排放模块（CEM）
 | |
| 图 4 | g03274338 |
C175 发动机的 CEM 内部视图 (1) 至 CEM 的发动机排气 (2) DOC (3) 处理后离开 CEM 的排气 (4) 氨氧化（AMOx）催化器 (5) DEF 喷油器 (6) SCR (7) 混合管 | |
3500 发动机的清洁排放模块（CEM）
 | |
| 图 5 | g02693696 |
3500 发动机的 CEM 内部视图 (1) 至 CEM 的发动机排气 (2) 处理后离开 CEM 的排气 (3) DOC (4) DEF 喷油器 (5) 氨氧化（AMOx）催化器 (6) SCR (7) 混合管 | |
CEM 操作
排气后处理系统组合了以下技术：
- 选择性催化还原（SCR）
- 柴油氧化催化器 (DOC)
SCR 减少 NOx。
DOC 减少以下排放物：
- 一氧化碳
- 碳氢化合物
- 可溶性有机成分
DOC 和 SCR 一起封装在一个模块中。 此模块称为清洁排放模块（CEM）。
排气通过进口壳体进入 CEM 并通过 DOC。
排气随后进入混合管，在混合管中将 DEF 喷入排气流中。
DEF 分解为氨气和二氧化碳。
排气和氨气的混合物通过 SCR。
氨气在 SCR 催化器中与排气流中的 NOx 反应生成水蒸气和氮气。
氨氧化（AMOx）催化器排气中的所有剩余氨气在离开 CEM 之前均被分解完。
喷射控制机柜
 | |
| 图 6 | g02626381 |
喷射控制机柜 (1) 喷射控制机柜 (2) SCR 系统 ECM (3) DEF 泵 (4) DEF 歧管 (5) DEF 缓冲罐 | |
喷射控制机柜控制以下各项：
- 至喷射器的 DEF 流速
- 压缩空气
压缩空气用途如下：
- 喷射到排气流期间促进液态 DEF 的雾化
- 喷射前隔离喷射器中的液态 DEF 避免受到废热影响，以便不会产生结晶导致喷嘴堵塞。
- 停机期间净化至喷射器的 DEF 管路以防 DEF 结晶导致堵塞。
压缩空气供应到喷射机柜
通过使用现场已经可用的车间空气或通过安装经过 Cat 认证的压缩机配置可供应空气。 无论哪种情况，供应到喷射机柜的空气都需要干燥和清洁。 需要无油空气压缩机。
油会污染催化器，阻碍需要的化学反应发生。 空气管路中的沉积物可能会堵住喷射系统。
注: Caterpillar 提供有选装空气压缩机系统，该系统专门设计为与后处理系统一起使用。
| 后处理空气供应技术规格 | |
| 空气质量 | 类别 5 |
| 含油量 – 最大 | 25 mg/m3 |
| 颗粒尺寸 – 最大 | 40 微米 |
| 颗粒密度 – 最大 | 10 mg/m3 |
| 相对空气湿度 – 最大 | 10% |
| 空气流量 – 最小 | 9 SCFM / 255 L/min |
| 空气压力 – 最小 | 60 psi / 414 kPag |
| 空气压力 – 最大 | 150psi / 1034 kPag |
SCR 系统在 414 kPag（60 psi）压力下将使用多达 255 L/min（9 SCFM）空气流量。 该系统包含一个空气调节器，进口压力的最大额定值为 1034 kPa（150 psi）。
为避免空气系统被油和/或管道沉积物堵塞，使用 1034 kPa（150 psi）和 849.5 L/min（30 CFM）下过滤效率为 90% 的凝聚式滤清器/分离器。
必须按尺寸和路径铺设空气管路，经过管路的压力损失不超过 1.0 psi（在 50 psi 和 5 CFM 下输送空气时）。
喷射控制系统
喷射控制系统的目的是计量进入排气流的 DEF。
喷射控制机柜包括提供基本逻辑的电子控制模块（ECM）。
理想的 DEF 喷射速率通过闭环系统利用 NOx 传感器的反馈进行确定。 该传感器测量从 SCR 流出的排气中的氮氧化物含量。
如果 NOx 传感器指示排气出口中的 NOx 含量高，闭环系统将要求增加 DEF 流速。
通过增加至喷射泵的指令信号频率来增加 DEF 流速。
后处理 ECM 控制至喷射泵的指令信号频率。
喷射控制机柜侧上提供有通信适配器塞以便易于连接。
喷油器
喷油器组件
 | |
| 图 7 | g02432876 |
(1) 喷嘴 (2) 喷油器 | |
喷油器 (1) 是一个结构元件，用于将喷嘴组件 (2) 保持在混合管的中心轴上。 喷嘴输送 DEF 和空气混合物。
喷嘴组件
 | |
| 图 8 | g02433079 |
(1) 喷嘴 (3) 空气 (4) DEF (5) 油液盖 (6) 空气盖 | |
DEF 和空气在油液盖 (5) 和多孔空气喷嘴盖 (6) 之间完成混合。 混合后的液体被迫通过多孔空气喷嘴盖喷入排气流。 压缩空气导致 DEF 雾化（分离成多个细小微粒）。
DEF 供应存储系统
系统使用了两个 DEF 罐。 客户提供的罐（可见罐）向位于喷射控制机柜中的缓冲罐供应 DEF。 缓冲罐向 DEF 泵供应 DEF。 缓冲罐配备有液位传感器和温度传感器。
注: 客户负责提供 DEF 从现场罐到缓冲罐的粗滤。 该系统要求一个 40 微米的粗滤器。
如果环境温度降至低于 −11° C (12° F)，机柜内的加热器将自动打开以加热 DEF 缓冲罐和其它 DEF 泵送部件。
DEF 必须在 2 psi 和 5 psi 缸盖压力之间从现场罐提供到喷射机柜。 如果根据喷射机柜和现场 DEF 罐的相对位置不能达到该压力，则可能需要一个 DEF 增压泵。
当 DEF 从主罐抽出时，喷射机柜接头上提供有销以启用 DEF 增压泵。 如果压力过高，缓冲罐可能会过度加注。
DEF 流量将随发动机工况（特别是负载）变化而变化。 DEF 流量要求根据燃油流量的百分比计算得出。
只要 DEF 供应端口处的 DEF 压力在加注和再加注过程期间是 2-3 psig（最大为 5 psig），缓冲罐的加注和再加注就是自动的，受 ECM 软件控制。
识别号模块
识别号模块向 SCR 系统 ECM 输出有关 CEM 的 10 位由字母和数字组成的序列号。
以下为可能的字母和数字序列号代表。
- 3516 开放式发电机组 ECO123456H
- 3516 开放式发电机组 ECO123456S
- C175 开放式发电机组 EDO123456S
SCR 系统 ECM 通过局部 CAN 数据链路向发动机 ECM 发送此数据。
发动机 ECM 比较序列号的前 3 个字母（ECO 或 EDO）（前缀）和编程到发动机软件中的值。
传感器（CEM）
NOx 传感器
NOx 传感器通过 CAN 数据链路传递给 SCR 系统 ECM。 传感器有内置诊断以指示传感器故障模式。
SCR 系统 ECM 控制至 NOx 传感器的电源。 SCR 系统 ECM 检测到发动机转速之前，NOx 传感器不会通电。
NOx 传感器已经预先标定好了。 不需要对 NOx 传感器进行标定。
后处理 #1 进口 NOx 传感器
监控后处理 #1 进口 NOx 传感器，以根据发动机出口排放水平来控制 DEF 喷射速率。
后处理 #1 出口 NOx 传感器
监控后处理 #1 出口 NOx 传感器，以根据催化器出口排放来控制 DEF 喷射速率。 SCR 系统 ECM 监控传感器，以计算所需的 DEF 流速来满足排放目标。
后处理 #2 出口 NOx 传感器
监控后处理 #2 出口 NOx 传感器，以根据催化器出口排放来控制 DEF 喷射速率。 SCR 系统 ECM 监控传感器，以计算所需的 DEF 流速来满足排放目标。
温度传感器
后处理 #1 SCR 催化器进气温度传感器
监控后处理 #1 SCR 催化器进气温度传感器，以便控制喷射和保护系统。
此温度指示 SCR 系统 ECM 的容量以计算 DEF 喷射速率。 监控此温度以指示温度是否过低或过高。
后处理 #1 SCR 催化器排气温度传感器
SCR 出口温度传感器用作冗余传感器。 如果 SCR 进口温度传感器故障，使用后处理 #1 SCR 催化器排气温度传感器来控制喷射和保护系统。
排气压差
SCR 系统 ECM 监控传感器以便保护系统。 监控此压力以指示压力是否过低或过高。
此压力是在 CEM 的发动机排气进口和处理后离开 CEM 的排气之间测得的。
传感器（喷射控制机柜）
压力传感器
DEF 压力
SCR 系统 ECM 监控传感器以便保护系统。 压力过低或过高均表明喷射系统中有故障。
空气辅助压力
SCR 系统 ECM 监控传感器以便保护系统。 压力过低或过高指示喷射系统或至喷射机柜的空气供应有故障。
温度传感器
控制机柜温度
由 SCR 系统 ECM 监控控制机柜温度传感器。 机柜温度用于控制 DEF 加热管路和 DEF 喷射泵加热器。
歧管温度
由 SCR 系统 ECM 监控 DEF 歧管温度传感器。 歧管温度用于控制歧管加热器。 过高或过低温度均表明歧管加热系统中有故障。
缓冲罐温度
由 SCR 系统 ECM 监控缓冲罐温度传感器。 缓冲罐温度用于控制罐加热器。 过高或过低温度均表明罐加热系统中有故障。
DEF 液位传感器
由 SCR 系统 ECM 监控 DEF 液位传感器。 簧片开关传感器检测依靠在传感器柱体上的浮子液面。 当 DEF 罐液位低于预期时，该传感器会予以提醒。
执行器（喷射机柜）
阀（电磁阀）
这些阀由电驱动，用于控制空气压力。
- 空气辅助阀
- DEF 回流阀
- DEF 罐加注阀
空气辅助阀
空气辅助阀（电磁阀）受 SCR 系统 ECM 控制。 此阀用于控制进入 DEF 歧管的空气流量。
DEF 回流阀
DEF 回流阀（电磁阀）受 SCR 系统 ECM 控制。 电磁阀用于控制到 DEF 回流阀（气动）的空气流量。 受控的空气压力驱动气动阀。
DEF 罐加注阀
DEF 罐加注阀（电磁阀）受 SCR 系统 ECM 控制。 电磁阀用于控制到 DEF 罐加注阀（气动）的空气流量。 受控的空气压力驱动气动阀。
阀（气动）
这些阀用空气压力驱动，用于控制 DEF 的流速。
- DEF 回流阀
- DEF 罐加注阀
DEF 回流阀
DEF 回流阀（气动）用于控制流回到缓冲罐的空气或 DEF 流量。 当阀关闭时，来自泵的 DEF 将流向喷嘴。 当阀打开时，来自泵的 DEF 将流回缓冲罐。 此外，该阀打开以允许净化空气通过 DEF 管路流回到缓冲罐。
DEF 罐加注阀
DEF 罐加注阀（气动）用于控制流入缓冲罐的 DEF。 当阀打开时，DEF 将流入缓冲罐。 当阀关闭时，DEF 将不流入缓冲罐。