玉柴三立SCR后处理系统解析

2018-03-12温州交运集团城西公交有限公司

汽车维护与修理 2018年17期

温州交运集团城西公交有限公司项曙

柴油发动机产生的主要有害排放物是氮氧化合物（NOx）和颗粒物（PM），目前，采用SCR后处理系统是有效控制NOx排放的方法之一。SCR是Selective（选择性）、Catalytic（催化）、Reduction （还原）的英文缩写。SCR后处理系统的工作原理是，将还原剂喷入排气管，排气中的NOx在催化器的作用下与还原剂反应，NOx被还原成氮气（N2）和水（H2O）。目前，SCR后处理系统采用的还原剂是尿素（NH2CONH2），标准化尿素水溶液称为添蓝（Adblue）。排气从涡轮增压器流出后进入排气管，同时由安装在排气管上的添蓝喷射装置将定量的添蓝以雾状形态喷入排气管中，添蓝在高温排气作用下分解，生成所需要的还原剂——氨气（NH3），NH3在催化剂的作用下将NOx有选择性地还原成N2。下面以玉柴三立SCR后处理系统为例，介绍SCR后处理系统的工作原理。

1 玉柴三立SCR后处理系统的组成及主要部件的作用

如图1所示，玉柴三立SCR后处理系统主要由添蓝罐、计量喷射泵、添蓝喷射器、催化消声器、排气温度传感器、NOx传感器、添蓝液位/温度传感器、添蓝管路、冷却液管路及后处理系统控制单元（DCU）等组成。

1.1 添蓝罐

添蓝罐（图2）用于盛装添蓝，整体材料为塑料，顶部装有添蓝温度/液位传感器和加热器的集成体（图3）。添蓝温度传感器为NTC热敏式传感器，其主要作用是监测添蓝罐中的添蓝温度，当添蓝温度低于冰点时，DCU控制冷却液电磁阀（图4）打开，使用发动机冷却液对其进行加热，避免添蓝结冰，且可以监测加热器的工作是否正常。添蓝液位传感器的作用是监测添蓝罐中的添蓝高度，提醒驾驶人当前的添蓝存量并注意添加，防止添蓝耗空造成排放超标。

1.2 计量喷射泵

图1 玉柴三立SCR后处理系统组成

图2 添蓝罐

如图5所示，计量喷射泵由电动泵、压缩空气电磁阀、止回阀及计量系统等组成，与来自车辆压缩空气系统的空气共同作用，将雾化的添蓝通过添蓝喷射器喷入催化消声器上游的排气管中。

如图6所示，计量喷射泵上分布有1个来自添蓝罐的添蓝进液口、1个通往添蓝喷射器的添蓝出液口、1个通往添蓝罐的添蓝回液口和1个压缩空气进口。

1.3 催化消声器

图3 添蓝温度/液位传感器和加热器的集成体

图4 冷却液电磁阀

图5 计量喷射泵内部结构示意

催化消声器（图7）是一个集催化器和消声器于一体的催化消声装置（如需要排气加热功能，还可以集成排气加热器），代替了传统的消声器系统。催化消声器由3个串联并相互独立的单元组成，包括添蓝扩散器、催化器和消声器。氨扩散器负责将带有添蓝的排气均匀地分布在催化器的表面；催化器负责加速NOx的还原；消声器负责消除排气系统的噪音。

图6 计量喷射泵外部接口

图7 催化消声器

1.4 排气温度传感器和NOx传感器

催化消声器上游和下游各有1个排气温度传感器。根据添蓝分解特性，其需要在200 ℃时才能分解为NH3，所以如果排气温度达不到200 ℃，喷射添蓝是没有效果的。排气温度传感器的作用是监测排气温度，供DCU逻辑分析和判断是否达到喷射添蓝的要求。NOx传感器（图8）安装在催化消声器下游，用于测量经催化消声器后的排气中的NOx的浓度，其信号用于添蓝喷射的闭环控制和OBD功能。NOx传感器由NOx传感器控制单元控制，并通过CAN总线与发动机控制单元和DCU通信。

图8 NOx传感器

1.5 添蓝喷射器

如图9所示，添蓝喷射器是一个不锈钢机械喷射器，安装在排气管上，作用是将计量喷射泵送来的添蓝与压缩空气混合物通过机械喷射器的小喷射孔喷入排气管，并使喷出的添蓝均匀雾化。

图9 添蓝喷射器

1.6 玉柴三立SCR后处理系统的工作原理

将车钥匙旋转至ON挡，DCU上电，当DCU检测到发动机起动后，计量喷射泵开始转动从添蓝罐中抽吸添蓝，然后通过添蓝回液管流回添蓝罐，此过程为预注过程，目的是为了排除管路中的空气，使泵腔内快速建立压力；预注成功后计量喷射泵检测压缩空气，然后打开压缩空气电磁阀，压缩空气从添蓝喷射器喷出，此时计量喷射泵进入等待状态；当排气温度达到要求时，计量喷射泵将一定量的添蓝喷出，并与压缩空气混合，然后经添蓝喷射泵喷入催化消声器前段的排气管；在排气管的混合区，添蓝遇高温（≥200 ℃）分解成NH3和H2O，与排气充分混合后进入催化消声器；在催化反应区，NH3和NOx反应，生成N2和H2O。将车钥匙旋转至OFF挡，依然有压缩空气流经喷射管路和添蓝喷射器，以吹扫喷射管路和添蓝喷射器中残留的添蓝，避免因添蓝结晶造成管路堵塞，该过程持续30 s，因此关闭车钥匙30 s后方可切断整车电源。

2 玉柴三立SCR后处理系统计量喷射泵内部结晶故障的排除方法

笔者在维修实践中发现，玉柴三立SCR后处理系统计量喷射泵内部容易产生添蓝结晶，引起计量喷射泵内部堵塞，导致计量喷射泵无法喷射添蓝，且DCU内存储故障代码“P2039 添蓝或空气流量低故障”和故障代码“P202F 计量泵回液管堵塞故障”。这种故障往往是由驾驶人操作不当引起的，有些计量喷射泵设定关闭点火开关后执行30 s吹气清扫程序，若驾驶人在关闭点火开关后直接关闭整车总电源，计量喷射泵没有完成吹气清扫程序，计量喷射泵内残留的添蓝就会发生结晶（图10）。清除计量喷射泵内部添蓝结晶的方法如下。

（1）拆下堵塞的计量喷射泵，先从计量喷射泵进液口外接压缩空气管进行清扫（图11），然后再外接水管对计量喷射泵进行清冼20 min左右（图12）。