SCR系统典型故障分析处理及建议

杨 灿

（川庆钻探工程有限公司重庆运输总公司，重庆 401100）

0 引言

公司从2015年接收了10台国IV排放标准的醒狮牌SLS5311TSGS4砂罐车后，陆续又接收了91台预装了SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法）系统的各型营运车，占比已达57.4%。

随着国内环保要求的日趋严格，SCR系统在柴油商用车上得到了广泛应用，该系统主要由尿素箱、管路、喷射泵和传感器等组成。该系统在车辆运行中易出现喷头堵塞、尿素泵不工作、尿素喷射量增大等故障，由于事业部的人才储备和硬件导致SCR系统的大多数故障无法自行诊断修复，只能选择更换总成件或送外修复，平均年更换尿素泵总成或送外检修15车次左右，同时与该系统相关的解码、更换线路等其他生产性成本支出数额较大。

1 SCR系统组成及工作原理

SCR系统即选择性催化还原技术，是针对柴油车尾气中氮氧化物（NOx）的一项处理工艺，主要作用是降低柴油发动机排气中的氮氧化物含量，达到排放标准，采用尿素水溶液（一般质量浓度为32.5%）作为还原剂，在选择性催化剂的作用下，与尾气中的氮氧化物发生反应，最终还原成氮气（N2）和水（H2O）。

一般SCR系统根据工作任务分为两大部分：一是尿素液储存及喷射控制系统，二是用于故障诊断的排放ECU系统。主要部件包括SCR催化器总成、尿素箱总成、系统尿素管路、尿素泵和DCU总成、尿素喷射器及喷射器安装组件、各型传感器、CAN总线等。SCR系统工作原理如图1所示。

图1 SCR系统工作原理

（1）ECU：行车控制电脑，相当于整个车辆的大脑。

（2）DCU：喷射控制单元，是控制SCR系统运行的大脑。一般安装在底盘上，工作环境温度-40～85℃。

（3）尿素箱：由尿素箱、尿素温度传感器和液位传感器组成。由抗尿素腐蚀的材料制成，如塑料、不锈钢等，一般容量为15～40 L。

（4）尿素泵：尿素泵作用是将尿素箱中的尿素溶液抽出到尿素泵加压，送至喷射嘴，将尿素溶液注入尾气中。主要是由电机、压力传感器、过滤器和反转阀组成。

（5）喷嘴：负责将尿素溶液喷入排气管。由于排气温度高，在工作过程当中一般需要用发动机冷却液进行冷却。

（6）催化消声器：排气管上安装有中央消声器和主消声器，中央消声器安装在三元催化转化器后，主消声器安装在排气管末端，起主要的消声作用。

（7）温度传感器：检测排气温度，提供给ECU（DCU）作为尿素喷射条件的数据依据。

（8）氮氧化物传感器：检测最终排放到大气中的氮氧化物含量是否超标，将信号反馈至ECU作为尿素液喷射量的依据。

（9）管路：包括尿素吸液管、喷射管、回液管，一般的SCR系统都集成了电加热功能。

（10）线束：连接整个控制系统电路，负责各传感器的信号传输和控制指令反馈。

2 SCR系统使用过程中的故障记录分析及处理

2.1 尿素用量突然显著增加

故障描述：正常情况下柴油车的尿素使用量应为柴油消耗量的3%～5%，即国IV排放标准的柴油车消耗100 L柴油的同时要消耗3～5 L尿素，排放标准达到国V、国VI的柴油车相对高一点，约为5%～8%。以国V排放标准的四轴运输车为例，月平均运行里程3500 km，月平均油耗1200 L，正常尿素消耗量应为60～96 L，实测有个别车在1个月内加注尿素液12桶共120 L，超出了正常值。

原因分析：

（1）发动机原因。如发动机缸压不足、配气相位偏差、发动机进气或水温传感器故障、喷油嘴故障等，导致燃油未完全燃烧，尾气中的氮氧化物浓度增加，因此ECU会控制尿素泵加大喷射量。

（2）氮氧化物传感器故障。氮氧化物传感器主要是检测排放到大气中氮氧化物浓度，并将数值传送给ECU，若氮氧化物传感器故障或读数偏高，ECU接收到信号后会控制尿素泵增加喷射量以中和尾气中的氮氧化物。

（3）尿素泵故障。尿素泵内部故障或管路堵塞，车辆启动后，尿素泵即开始同步工作，进液管开始抽吸尿素液，所有尿素液直接经喷嘴到达排气管前端进行反应，未通过回液管返回尿素箱。若尿素泵的气路被堵塞，会造成更加严重的现象，造成发动机动力不足，同时也会极大增加尿素消耗量。

（4）油质问题。油品质量差，导致柴油在发动机内不能完全燃烧，容易造成积碳、冒黑烟、发动机动力下降等情况，也会导致尾气排放超标，加大尿素的喷射量。

（5）尿素液浓度不达标。一般车用尿素液是由32.5%的高纯度尿素和67.5%的去离子水组成，其浓度直接影响氮氧化物的还原率和尿素溶液的结晶点。特别是选用的尿素液浓度过低时，同量的氮氧化物消耗的尿素也会更多。

（6）车辆负载和路况原因。若车辆超额定负荷较多或路况较差，会要求车辆加大发动机输出功率，相应的会增大排放，该原因也会造成短时间内尿素液喷射量增加，但不是长期影响因素。

处理结果：该车在1个月内出现尿素液用量突然增加，经过对以上6个原因的分析及逐一排除，最终发现是尿素泵回液管由于尿素结晶堵塞，经清理疏通后恢复正常。

2.2 尿素用量突然降低或不消耗尿素

故障描述：尿素用量突然降低，甚至不消耗尿素，但不影响发动机的动力输出，车辆正常工作，也未见故障代码，该类问题主要发生在国IV排放标准的柴油车上。在国V、国VI的柴油车上较少见，一般尿素用量降低会伴随车辆动力降低，严重的甚至会限速。未见故障代码可能是SCR系统中存在故障，但该故障达不到ECU触发报故障码的条件。

原因分析：

（1）尿素泵故障。由于加注尿素时没有注意卫生或者尿素泵清空倒吹时喷嘴可能会进入部分灰尘，时间长了就会造成滤芯堵塞。

（2）排气管结晶。使用油质较差的柴油、不符合要求的尿素或者后处理系统故障都容易导致排气管结晶。

（3）尿素泵喷射量比当前工况低。SCR系统线路故障或误差导致反馈到发动机ECU控制尿素泵喷射量的信号比实际工况低，同时尿素泵喷嘴故障也会造成喷射量减少。

（4）氮氧化物传感器故障。若氮氧化物传感器探头过脏或损坏导致数值过低，反馈到ECU后也会控制尿素泵减低喷射量。

（5）排气管后端温度传感器故障。温度传感器相当于SCR系统中控制尿素喷射的“钥匙”，尿素喷射需要排温达到系统设定的温度，ECU才会发送喷射指令，如果排温标定温度过高会导致尿素消耗变少。

（6）ECU电脑板程序不匹配或故障。ECU作为车辆控制系统的执行器，对各个传感器数据进行集成分析，根据预设程序给出相应的指令，一旦ECU程序出错或出现故障，将不同程度的影响SCR系统的正常工作。

处理结果：该车在2019年底进入冬季后，尿素消耗量开始逐步降低，发动机动力下降，但是未见故障码，经过电脑检测也未显示故障码。拆下尿素泵测试建压正常，喷射正常，氮氧化物传感器工作正常，更换排气管后端温度传感器后SCR系统恢复正常工作。经查是排气管后端温度传感器探头失效，导致排温信号没有正常反馈到ECU，SCR系统没有正常启动。

2.3 尿素泵不喷气体或者不吸液

故障描述：尿素泵不喷气体仅发生在气体辅助式尿素泵上，当该类型尿素泵不喷气体时，也就是不能喷尿素液，这种现象比较常见，主要是尿素泵结晶或者空气电磁阀堵塞导致的，尿素泵不吸液主要是尿素泵液路故障导致。

原因分析：

（1）尿素泵结晶主要发生在气路上，最易结晶的地方是空气单向阀小孔。

（2）空气电磁阀堵塞一部分是由于尿素结晶倒流到空气电磁阀引起的，还有很大部分是油气分离器长期未更换导致空气电磁阀损坏或堵塞。

（3）尿素泵不吸液应先排除气路故障，往往是尿素泵单向阀有问题，或者进液快插接头堵塞。

处理结果：2020年某四轴运输车尿素泵不喷尿素液，经排查是空气单向阀小孔被尿素液结晶堵塞，用纯净水清洗疏通空气单向阀和回路上的小孔后故障解决。

2.4 白天工作正常，停车一晚后尿素泵不能正常工作

故障描述：2019年进入冬季后，有数台车白天工作正常，但是正常停车一晚后，尿素泵偶尔会出现无法启动，不能正常喷射或喷射量降低的故障，运行一段时间升温后该故障消失。

原因分析：这种故障在北方的冬天比较常见，主要是个别驾驶员的不良操作习惯造成的，回场停车时没有执行操作规程要求的怠速运行一段时间再切断电源的规定，特别是气温较低的冬季，停车后立即熄火，尿素泵没有执行清空程序，导致尿素泵中残留的尿素溶液结晶。或者尿素泵内的加热装置损坏，也可能导致寒冷天气下尿素泵初始不能正常工作。

处理结果：督促驾驶员改变不良的操作习惯，在停车时怠速运转一段时间后再熄火，至少间隔30 s后切断电源，后该种故障未再发生。

3 SCR系统检修建议

随着老旧车辆的不断淘汰和投资计划的实施，事业部预装有SCR系统的车辆占比将持续增大，对该系统的故障判断和检修能力是当前自有修理点的短板，需要引起重视。建议公司装备技术部考虑汽车电气线路故障诊断和检修的技术储备和人才培养，在配备共轨之家MFT100诊断能手5.0多功能解码仪的基础上，增加MFT100后处理检测全能王设备，用于SCR系统的故障码读取、传感器检测和DCU刷写，加强事业部解决新技术问题的硬件支持，同时开展相关的培训工作，提升软实力，促进公司提质增效工作取得更大成果。