紅巖杰獅尾氣處理系統(tǒng)故障1例

秦景濤

（榆次海勤電控（重工）維修部，山西 晉中 030600）

1 故障現(xiàn)象

一輛紅巖杰獅垃圾箱轉(zhuǎn)運(yùn)車，由上汽依維柯紅巖制造，2015年1月出廠，已行駛23 000 km，裝備上菲紅C9高壓共軌電控發(fā)動(dòng)機(jī)和博世EDC7控制單元，匹配無錫凱龍尾氣處理系統(tǒng)，達(dá)到國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，該車的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)限速故障，儀表中尾氣超標(biāo)指示燈亮起，利用診斷儀讀取到的故障碼含義是“計(jì)量泵內(nèi)部故障”。

2 故障診斷與排除

在國Ⅳ排放階段，重型柴油機(jī)為了降低氮氧化物NOx的排放，在采用高壓共軌的基礎(chǔ)上，還采用了將尿素溶液噴入排氣管中，經(jīng)過催化化學(xué)反應(yīng)，將氮氧化物NOx轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)釴2和水。如果排放超標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)限速的狀況。

無錫凱龍的尾氣處理系統(tǒng)由尿素泵、噴嘴、尿素罐、催化箱、排氣溫度傳感器、氮氧化物傳感器、尿素控制單元等組成，如圖1所示。

凱龍尾氣處理系統(tǒng)SCR工作原理如下。

圖1 凱龍尾氣處理系統(tǒng)布局圖

1）初始化。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火鑰匙位于ON擋，系統(tǒng)上電，不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)初始化并自檢，如果檢測到相關(guān)故障，激活故障燈。

2）快速排空。為了防止尿素管路中殘余尿素結(jié)晶堵塞，導(dǎo)致后處理起動(dòng)異常，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，先進(jìn)行快速排空。

3）預(yù)注建壓。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，尿素進(jìn)入預(yù)注階段，電機(jī)帶動(dòng)膜片泵開始工作，尿素從尿素罐流到泵內(nèi)，再返回到尿素罐，目的是排空尿素泵內(nèi)部的空氣，使其充滿液體，該過程持續(xù)30 s。如圖2所示，尿素溶液流動(dòng)路線為：尿素罐→進(jìn)液口C→尿素泵電機(jī)→尿素溫度傳感器→壓力開關(guān)→空氣控制閥→回液管D→尿素罐。該過程的特點(diǎn)是：可以從回液管中看到有尿素溶液的流出。

圖2 預(yù)注過程工作原理

預(yù)注成功后，空氣切斷閥在預(yù)注階段末期通電打開，壓縮空氣促使空氣控制閥動(dòng)作，切斷了尿素通過回液口D的回流通道，尿素溶液因?yàn)闊o法回流而壓力升高，促使壓力開關(guān)動(dòng)作，說明預(yù)注成功。如果預(yù)注不成功，空氣切斷閥關(guān)閉，重復(fù)預(yù)注20次；如果仍失敗，報(bào)出故障代碼。

壓縮空氣從尿素泵噴射口B噴出，空氣流動(dòng)的路線依次是：壓縮空氣罐→油氣分離器→空氣切斷閥→調(diào)壓閥→一路通往空氣控制閥，另一路通往混合腔→噴射口B→噴嘴。

4）等待噴射。預(yù)注成功后，尿素泵電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣切斷閥打開，尿素泵進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待DCU的噴射命令。如果排氣溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度230 ℃（不同車輛設(shè)定的溫度不同），此時(shí)尿素不會(huì)噴射，但壓縮空氣會(huì)一直通過尿素泵流到噴嘴，防止噴射管路、噴嘴堵塞以及起到冷卻噴嘴的作用。

5）計(jì)量噴射。當(dāng)滿足噴射條件后，進(jìn)入計(jì)量噴射階段，尿素泵在DCU控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，尿素溶液與壓縮空氣在混合腔混合，通過噴嘴噴射到排氣管中。

尿素噴射條件：①上下游排氣溫度超過230 ℃；②沒有SCR系統(tǒng)現(xiàn)行故障碼；③尿素液位高于6%；④空氣壓力高于4 bar；⑤尿素罐內(nèi)溫度大于零下5 ℃；⑥環(huán)境溫度大于零下7 ℃；⑦滿足NOX算法要求。

空氣經(jīng)過的路線為：壓縮空氣罐→油氣分離器→空氣切斷閥→調(diào)壓閥→一條通往空氣控制閥，另一條通往混合腔→噴射口B→噴嘴。

尿素溶液經(jīng)過的路線為：尿素罐→進(jìn)液口C→尿素泵電機(jī)→經(jīng)過溫度傳感器和壓力開關(guān)的測量→混合腔（含有壓力傳感器）→噴射口B→噴嘴。其中尿素溶液在混合腔中相遇并混合，之后通過噴嘴將霧狀的尿素溶液噴射到排氣管催化箱中。

6）排空過程。正常情況下，斷開點(diǎn)火開關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入排空階段。如果系統(tǒng)有現(xiàn)行故障碼，ECU會(huì)停止尿素泵的工作，但在停泵前會(huì)執(zhí)行一次排空過程，以清除內(nèi)部殘留的尿素。

進(jìn)入排空階段后，尿素泵電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣切斷閥打開，空氣通過尿素泵，進(jìn)入噴射管，吹掃殘留在噴射管路中的尿素，防止結(jié)晶堵塞。排空階段持續(xù)30 s后系統(tǒng)斷電，在排空最后階段可以聽到空氣切斷閥的動(dòng)作聲。

從以上原理了解，該車因不噴尿素導(dǎo)致尾氣超標(biāo)而引起發(fā)動(dòng)機(jī)限速，結(jié)合故障碼提示的故障為尿素泵內(nèi)部故障，而作為尿素泵的核心任務(wù)就是建立尿素壓力，該車所報(bào)的故障碼內(nèi)容過于寬泛。作為一輛準(zhǔn)新車，筆者認(rèn)為應(yīng)重點(diǎn)檢查尿素壓力能夠建立，或者把尿素泵預(yù)注能否成功作為判斷尿素泵功能最重要的標(biāo)準(zhǔn)。尿素泵內(nèi)部的壓力能否建立是靠壓力開關(guān)閉合動(dòng)作來檢測的。空氣進(jìn)氣口中的尿素結(jié)晶如圖3所示。

圖3 空氣進(jìn)氣口中的尿素結(jié)晶

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)壓縮空氣無法通過進(jìn)氣口進(jìn)入尿素泵內(nèi)部。通過預(yù)注過程分析，空氣切斷閥始終無法關(guān)閉，尿素溶液都回流到尿素罐當(dāng)中，無法完成預(yù)注過程，更無法建立壓力。

利用熱水將管路內(nèi)部的尿素結(jié)晶沖洗干凈，裝車測試一切正常，診斷儀中計(jì)量泵實(shí)際狀態(tài)的數(shù)據(jù)如圖4所示，可以反映出尿素泵正常時(shí)的不同工作階段。

圖4 尿素泵正常情況下的不同工作階段

3 結(jié)論

尿素泵很多故障與尿素產(chǎn)生的結(jié)晶有關(guān)，導(dǎo)致結(jié)晶產(chǎn)生的原因?yàn)榕趴詹粡氐谆蛘吣蛩仄焚|(zhì)不達(dá)標(biāo)。建議利用儀器的強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)尿素泵工作的功能，定期將溫水吸入尿素泵中進(jìn)行不解體清洗，可以防止產(chǎn)生完全被堵塞的故障。