玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)解析

溫州交運集團城西公交有限公司 項 曙

柴油發(fā)動機產(chǎn)生的主要有害排放物是氮氧化合物（NOx）和顆粒物（PM），目前，采用SCR后處理系統(tǒng)是有效控制NOx排放的方法之一。SCR是Selective（選擇性）、Catalytic（催化）、Reduction （還原）的英文縮寫。SCR后處理系統(tǒng)的工作原理是，將還原劑噴入排氣管，排氣中的NOx在催化器的作用下與還原劑反應(yīng)，NOx被還原成氮氣（N2）和水（H2O）。目前，SCR后處理系統(tǒng)采用的還原劑是尿素（NH2CONH2），標準化尿素水溶液稱為添藍（Adblue）。排氣從渦輪增壓器流出后進入排氣管，同時由安裝在排氣管上的添藍噴射裝置將定量的添藍以霧狀形態(tài)噴入排氣管中，添藍在高溫排氣作用下分解，生成所需要的還原劑——氨氣（NH3），NH3在催化劑的作用下將NOx有選擇性地還原成N2。下面以玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)為例，介紹SCR后處理系統(tǒng)的工作原理。

1 玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)的組成及主要部件的作用

如圖1所示，玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)主要由添藍罐、計量噴射泵、添藍噴射器、催化消聲器、排氣溫度傳感器、NOx傳感器、添藍液位/溫度傳感器、添藍管路、冷卻液管路及后處理系統(tǒng)控制單元（DCU）等組成。

1.1 添藍罐

添藍罐（圖2）用于盛裝添藍，整體材料為塑料，頂部裝有添藍溫度/液位傳感器和加熱器的集成體（圖3）。添藍溫度傳感器為NTC熱敏式傳感器，其主要作用是監(jiān)測添藍罐中的添藍溫度，當添藍溫度低于冰點時，DCU控制冷卻液電磁閥（圖4）打開，使用發(fā)動機冷卻液對其進行加熱，避免添藍結(jié)冰，且可以監(jiān)測加熱器的工作是否正常。添藍液位傳感器的作用是監(jiān)測添藍罐中的添藍高度，提醒駕駛?cè)水斍暗奶硭{存量并注意添加，防止添藍耗空造成排放超標。

1.2 計量噴射泵

圖1 玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)組成

圖2 添藍罐

如圖5所示，計量噴射泵由電動泵、壓縮空氣電磁閥、止回閥及計量系統(tǒng)等組成，與來自車輛壓縮空氣系統(tǒng)的空氣共同作用，將霧化的添藍通過添藍噴射器噴入催化消聲器上游的排氣管中。

如圖6所示，計量噴射泵上分布有1個來自添藍罐的添藍進液口、1個通往添藍噴射器的添藍出液口、1個通往添藍罐的添藍回液口和1個壓縮空氣進口。

1.3 催化消聲器

圖3 添藍溫度/液位傳感器和加熱器的集成體

圖4 冷卻液電磁閥

圖5 計量噴射泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

催化消聲器（圖7）是一個集催化器和消聲器于一體的催化消聲裝置（如需要排氣加熱功能，還可以集成排氣加熱器），代替了傳統(tǒng)的消聲器系統(tǒng)。催化消聲器由3個串聯(lián)并相互獨立的單元組成，包括添藍擴散器、催化器和消聲器。氨擴散器負責將帶有添藍的排氣均勻地分布在催化器的表面；催化器負責加速NOx的還原；消聲器負責消除排氣系統(tǒng)的噪音。

圖6 計量噴射泵外部接口

圖7 催化消聲器

1.4 排氣溫度傳感器和NOx傳感器

催化消聲器上游和下游各有1個排氣溫度傳感器。根據(jù)添藍分解特性，其需要在200 ℃時才能分解為NH3，所以如果排氣溫度達不到200 ℃，噴射添藍是沒有效果的。排氣溫度傳感器的作用是監(jiān)測排氣溫度，供DCU邏輯分析和判斷是否達到噴射添藍的要求。NOx傳感器（圖8）安裝在催化消聲器下游，用于測量經(jīng)催化消聲器后的排氣中的NOx的濃度，其信號用于添藍噴射的閉環(huán)控制和OBD功能。NOx傳感器由NOx傳感器控制單元控制，并通過CAN總線與發(fā)動機控制單元和DCU通信。

圖8 NOx傳感器

1.5 添藍噴射器

如圖9所示，添藍噴射器是一個不銹鋼機械噴射器，安裝在排氣管上，作用是將計量噴射泵送來的添藍與壓縮空氣混合物通過機械噴射器的小噴射孔噴入排氣管，并使噴出的添藍均勻霧化。

圖9 添藍噴射器

1.6 玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)的工作原理

將車鑰匙旋轉(zhuǎn)至ON擋，DCU上電，當DCU檢測到發(fā)動機起動后，計量噴射泵開始轉(zhuǎn)動從添藍罐中抽吸添藍，然后通過添藍回液管流回添藍罐，此過程為預注過程，目的是為了排除管路中的空氣，使泵腔內(nèi)快速建立壓力；預注成功后計量噴射泵檢測壓縮空氣，然后打開壓縮空氣電磁閥，壓縮空氣從添藍噴射器噴出，此時計量噴射泵進入等待狀態(tài)；當排氣溫度達到要求時，計量噴射泵將一定量的添藍噴出，并與壓縮空氣混合，然后經(jīng)添藍噴射泵噴入催化消聲器前段的排氣管；在排氣管的混合區(qū)，添藍遇高溫（≥200 ℃）分解成NH3和H2O，與排氣充分混合后進入催化消聲器；在催化反應(yīng)區(qū)，NH3和NOx反應(yīng)，生成N2和H2O。將車鑰匙旋轉(zhuǎn)至OFF擋，依然有壓縮空氣流經(jīng)噴射管路和添藍噴射器，以吹掃噴射管路和添藍噴射器中殘留的添藍，避免因添藍結(jié)晶造成管路堵塞，該過程持續(xù)30 s，因此關(guān)閉車鑰匙30 s后方可切斷整車電源。

2 玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)計量噴射泵內(nèi)部結(jié)晶故障的排除方法

筆者在維修實踐中發(fā)現(xiàn)，玉柴三立SCR后處理系統(tǒng)計量噴射泵內(nèi)部容易產(chǎn)生添藍結(jié)晶，引起計量噴射泵內(nèi)部堵塞，導致計量噴射泵無法噴射添藍，且DCU內(nèi)存儲故障代碼“P2039 添藍或空氣流量低故障”和故障代碼“P202F 計量泵回液管堵塞故障”。這種故障往往是由駕駛?cè)瞬僮鞑划斠鸬?，有些計量噴射泵設(shè)定關(guān)閉點火開關(guān)后執(zhí)行30 s吹氣清掃程序，若駕駛?cè)嗽陉P(guān)閉點火開關(guān)后直接關(guān)閉整車總電源，計量噴射泵沒有完成吹氣清掃程序，計量噴射泵內(nèi)殘留的添藍就會發(fā)生結(jié)晶（圖10）。清除計量噴射泵內(nèi)部添藍結(jié)晶的方法如下。

（1）拆下堵塞的計量噴射泵，先從計量噴射泵進液口外接壓縮空氣管進行清掃（圖11），然后再外接水管對計量噴射泵進行清冼20 min左右（圖12）。

圖10 添藍結(jié)晶

圖11 外接壓縮空氣管對計量噴射泵進行清掃

（2）裝復計量噴射泵試車，然后用故障檢測儀檢測DCU是否還存儲相關(guān)故障代碼，如果故障代碼無法清除，需要拆解計量噴射泵（圖13）清洗各相關(guān)閥組，包括空氣止回閥、進口止回閥、出口止回閥、背壓閥等。

圖12 外接水管對計量噴射泵進行清冼

圖13 拆解計量噴射泵