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【曼技術發動機使用維護知識專欄】----SCR尾氣處理系統使用維護篇

發布時間:2016-06-23

中國重汽曼技術MC系列發動機國V、國IV排放階段采用德國BOSCH公司和中國重汽自制的二種SCR尾氣處理系統。SCR是Selective Catalytic Reduction的縮寫,是選擇性催化還原的意思。SCR技術是降解柴油機尾氣中氮氧化物(NOx)最有效的方法之一,也是當前最主流的一項技術。

 下面我們以德國BOSCH公司的Denoxtronic® 2.2為例來簡單講解關于SCR系統的使用維護要求。

一、 SCR工作原理

圖1 BOSCH SCR尾氣處理系統圖

從發動機燃燒室排出的廢氣中的NOx,與噴射進入排氣管的尿素分解產生的氨混合,在催化劑作用下,加速降解為無害的氮氣和水。在催化劑上游段,主要的化學反應為尿素的水解。

(NH2) 2CO(尿素)+ H2O→CO2+2NH3(二次污染) (水解反應)

在催化器中氮氧化物被還原,最終代謝產物主要以氮氣和水蒸汽形式排入大氣。

4NO + 4NH3 + O2→4N2 +6H2O (催化還原反應,一般要求排溫>200 ℃ )

2NO2 + 2NO + 4NH3→4N2 +6H2O (催化還原反應,一般要求排溫>200 ℃ )

特別提示:搭載SCR系統的柴油發動機,尾氣中NOx的含量較未處理前可降低大約85%,燃油經濟性會提高4~5%。請注意上述催化還原反應的必要條件:排溫大于200℃。

二、SCR尾氣處理系統的組成

1 尿素供給單元(SM)

顧名思義,尿素供給單元負責整個系統尿素水溶液(DEF)的供給。SM將DEF從尿素箱中泵入,加壓并且送往DM,同時將多余的DEF泵回尿素箱。發動機停機后,SM將系統中的DEF倒抽回尿素箱,以避免殘留的DEF引起系統失效。尿素供給單元采用電加熱來解凍,如圖 2所示。

 

圖2尿素供給單元

 2 尿素噴射單元(DM)

 DM單元安裝在發動機排氣管上,負責將SM泵過來的DEF噴入尾氣中。接口信息如圖 3所示。

 

圖3 尿素噴射單元

3 電控單元(ECU/DCU)

BOSCH公司采用電子控制單元(ECU)或者噴射控制單元(DCU)作為Denoxtronic® 2.2系統的控制器。DCU是一塊專門為SCR系統開發的控制單元,而ECU是發動機功能的通用控制單元,并集成了對SCR系統的控制。

圖4控制單元(合并的ECU控制單元)

三、保養

Denoxtronic® 2.2系統部件應避免直接暴露于機械與熱沖擊之下,其保護罩上不可積存石子、泥塵等雜物,此外應遠離排氣管、渦輪增壓器與發動機等熱源。

尿素供給單元和尿素噴射單元具有一定的防水防塵功能,但應避免水淹以及高壓水槍的沖擊。

液力管路接頭不建議潤滑,對電氣接口的潤滑是絕對禁止的。

為了冬季防凍解凍的需要,液力接頭和液力管線應安裝有加熱裝置,并注意保溫。

1更換尿素供給單元過濾器

Denoxtronic® 2.2系統的尿素供給單元的過濾組件(過濾芯和壓力平衡器),每3年使用或者8萬公里行駛后需要更換。如應用環境惡劣,對尿素水溶液污染較重,則需按實際情況更換。更換前,需要對SM外表面進行清潔,并在安裝過程中嚴防濾芯區域引入外界污染,過濾器蓋旋緊時使用20Nm+5Nm的力矩。具體步驟如下:

步驟一:旋開過濾器蓋,扳手尺寸27mm(DIN3124/ISO2725-1)

步驟二:取出平衡器

步驟三:觀察濾芯顏色,若為灰色,使用右圖所示專業工具的灰色端(GREY),若為黑色,使用黑色端(BLACK)。將正確的工具端伸入濾芯,直到聽到“咔嚓”聲,表明工具已經安裝到位。

步驟四:將濾芯拔出,必要時可利用工具的卡槽借其他工具幫助拔出。

步驟五:用水清洗濾芯蓋螺絲外表面。

 

步驟六:潤滑HCF濾芯兩端的O型圈后,安裝濾芯。(推薦使用MobilVelocite No.6,使用其他潤滑油可能會帶來失效風險)然后安裝平衡器。

 

步驟七:旋緊過濾器蓋,扭矩20+5Nm,扳手尺寸27mm(DIN3124/ISO2725-1)

2更換尿素噴射單元密封片

尿素噴射單元底部的密封片是一次性部件,故每次拆卸后均需要更換。更換時勿使用尖銳的工具撬邊緣,應使用鑷子撥動三個圓盤觸點,取下后清潔密封區域但避免碰觸噴嘴,然后重新裝上新的密封片,見圖6。

圖 6 更換尿素噴射單元密封片流程

3進行整車保養時,針對Denoxtronic® 2.2系統,應注意檢查如下內容:

—Denoxtronic® 2.2系統的表面清潔度,尤其是線束接頭的防水防塵情況,若外表面或者

—保護罩上積蓄著碎石塊泥土等雜物,需及時除去;

—液力管路和電力線是否完整、固定,液力管線不應有松動或彎折;

—冷卻水管路檢查,是否有充足流量;

—檢查加熱設備(熱繼電器、加熱閥等)固定并正常工作;

 —SM過濾器是否需要更換;

—DM噴嘴安裝法蘭及排氣管道中是否有尿素結晶附著(拆卸DM或服務站配備有內窺鏡時)。

如發現系統表現異常,請及時聯系中國重汽指定的服務站。

四、檢修與排錯

檢修Denoxtronic® 2.2系統需要專業的診斷儀,在各個服務站中均應當配備該診斷儀。在沒有診斷儀的條件下,可進行簡單的表觀檢查。駕駛室儀表盤尿素箱燈亮,表明尿素水溶液剩余不足10%,應及時添加。

若需要更換/拆卸噴射單元,須在發動機完全停機一小時,排氣管冷卻后方可進行。注意底部的密封片為一次性器件,每次安裝均須更換。

車輛每3年使用或者8萬公里行駛后,需要更換一次尿素供給單元的濾芯。

五、 OBD系統故障

OBD 系統用于監測和控制排放控制系統,當OBD系統監測到柴油機排放超過OBD法規標準,或者監測到與排放系統相關部件工作失效(如相關傳感器的拆除,尿素箱空,尿素泵不能工作等)后,超排放燈(MIL 燈)將被激活,控制系統將會根據故障對排放控制的影響程度不同做出相應的反應。

1 故障分類

第一類故障影響排放或OBD 監控,當發生這些故障時,MIL 燈點亮報警(故障燈不亮)。

第二類故障主要指排放監控系統中各類傳感器在電氣方面的故障、傳感器的拆除和其他因無法監測排放而導致排放增加的故障。當發生此類故障時,MIL 燈被激活報警,同時控制器開始進行計時。如果故障不能在有效時間(從發生故障到柴油機累計運行50 小時)內得到清除,超排放限油激活,柴油機將進入跛行回家模式。

第三類故障的發生將直接導致排放惡劣,當發生這類故障時,MIL 燈激活報警的同時,超排放限油立刻激活,柴油機進入跛行回家模式。由于第二、三類故障導致超排放限油激活后,柴油機最大扭矩限制為正常狀態下最大扭矩的60% 。

2 跛行回家規則

當柴油機產生第三類故障;或者產生第二類故障后沒有及時修復,并且在帶故障狀態下運行柴油機超50小時,柴油機將進入跛行回家模式。為保障駕駛安全性,超排放限油會在車速小于一定值時才激活(目前的標定車速是5km/h)。

當柴油機超排放限油與系統其他限油同時激活時,以限油量較大者為準。

當導致柴油機超排放限油故障修復,并且柴油機運行到怠速狀態,則柴油機超排放限油消除袁柴油機進入正常工作狀態。

六、尿素溶液

尿素溶液也叫添藍Adblue,尿素濃度為32.5%,其余為超純凈水;在常溫下是一種無色、無味、無毒、不易燃的溶液,在高于50℃時,添藍會分解成氨氣,刺激人的眼睛、粘膜、皮膚,引起人的不適。添藍低于-11℃時會結冰,因此一般SCR均裝有加熱裝置,以確保車輛在低于-11℃的環境下能正常工作。

尿素溶液的儲存條件:保持容器緊閉,儲存于陰涼、干燥的倉間,遠離強氧化劑存放。

車用尿素是重型柴油車達到排放標準的必備產品。車用尿素是指尿素濃度為32.5%且溶劑為超純水的尿素水溶液。一般來說國IV排放重型柴油機尿素溶液的消耗量是柴油的3%-5%,即100L柴油需要使用3-5L車用尿素溶液。較之國IV排放,國V排放的柴油車尿素消耗量要略高一些。

七、注意事項

1 新的《中華人民共和國大氣污染防治法》于2016年1月1日正式實施,對于機動車的排放監管力度會越來越大。為了我們共同的藍天碧空,請正確使用維護SCR尾氣處理系統。

2 尿素箱內的尿素液位不得低于10%,當低于下限時,會導致尿素噴嘴燒毀。因為尿素噴嘴裝在排氣溫度最高達到600℃的SCR消音器大包上,需要至少10%容量的尿素對噴嘴進行循環冷卻。而且添藍液位低于下限時,發動機會限油,車輛只能跛行回家。

3尿素箱缺少尿素時,請及時添加,但注意不得加入水,更不得加入硬水和自來水。

—水垢會導致噴嘴、泵、濾清器堵塞。

—會因為沒有尿素還原劑,無法產生催化還原反應,這時候氮氧傳感器會探測到NOx排放超標,ECU發出限油指令,車輛只能跛行回家。

4禁止添加農用尿素和劣質尿素溶液,不合格的尿素溶液含有重金屬、其他不可知的化學成分以及雜質,會導致:

—蜂窩狀載體的催化劑涂層重金屬中毒,降低或者失去催化劑的功效

—產生不可預知的化學反應,各種化合物在載體上結晶,堵塞通道,提高了排氣背壓,出現發動機動力不足。

—尾氣排放不合格,強行限油,跛行回家。

—導致價值昂貴的SCR大包報廢,經濟損失很大。

—車輛年檢無法通過。

特別警告:如果用戶在使用過程中缺少尿素溶液、加入水或者不合格的尿素溶液,中國重汽不承擔因此造成的質量損失,質量保證和承諾將失效。

 SCR尾氣處理系統,結構原理復雜,種類比較多,由于篇幅所限,更多的SCR知識,如故障代碼以及常見故障案例,將在以后專題介紹。

 

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