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尿素罐的工作原理

 发布时间:2017-1-14 9:06:56查阅次数: 次信息作者:dfclwz
        2008年以来我们国家实施的商用车排放标准,柴油机减排系统中需用到尿素水溶液,该尿素罐用于储存尿素水溶液。为减少汽车中有害气体的NOX的排放,目前国际上广泛采用SCR选择性还原技术,SCR处理尾气原理是利用尿素水溶液与氮氧化物NOX进行反应,生成无污染的氮气和水。一、SCR系统的工作原理    SCR系统的作用是降低柴油发动机排气中的氮氧化物NOX。该系统采用质量浓度为32.5%的尿素水溶液作为还原剂,将尿素溶液实时适量地喷射到排气管中,喷射到排气管中的尿素(NH22CO,首先会分解为氨气NH3和二氧化碳CO2,在选择性催化剂的作用下,NH3会与NOX反应生成氮气N2和水H201从而将尾气中的NOX还原成无害的氮气N2。其中发生的化学反应相当复杂,主要反应的化学方程式如下:

NH22O+H2O→CO2+2NH3

 4NO+4NH3+02→4N2+6H2O 

 2NO2+2NO+4NH3→4N2+6H2O   

    SCR系统的整个工作过程是:当车辆的钥匙开关打到ON档时,发动机起动,尿素喷射控制单元(简称DCU)开始上电工作,同时尿素供给单元开始从尿素箱中抽取尿素水溶液,系统待机状态下压力为2 bar。当排气温度达到200℃时,尿素喷射器才会开始向排气管中喷射尿素水溶液,此时系统压力为5.5 bar。尿素水溶液的喷射量由DCU根据柴油发动机的工况、催化剂的温度和环境状态来精确计量。尿素水溶液被喷射到排气管中,与发动机尾气进行均匀混合,并在消音器的载体上进行化学反应,从而净化排气。SCR系统的整个工作状态包括:初始状态、待机状态、工作状态和停止状态。

初始状态:钥匙开关ON档,系统需20s左右排空尿素管空气和尿素建压。

待机状态:钥匙开关ON档,系统尿素循环,压力保持2 bar

工作状态:钥匙开关ON档,系统尿素循环,喷射。压力保持5.5 bar

停止状态:钥匙开关OFF档,系统尿素循环2N6 min冷却喷射器。倒吸12 min排空尿素管中的尿素后,尿素泵停止工作。    由于尿素溶液在环境温度低于-11℃时会结冰,为了保证SCR系统在低温时能够正常工作,系统配置有尿素解冻功能。尿素箱中的尿素采用柴油机中的冷却水进行解冻,当DCU通过环境温度、尿素温度传感器等判断尿素溶液温度较低,可能会出现结冰情况,这时DCU会打开加热水阀,柴油机冷却液就会顺着管道流进尿素箱对尿素进行解冻;尿素泵中配置有尿素加热毯,使用电加热对尿素泵内的尿素进行解冻;尿素管的尿素解冻使用的也是电加热。

二、SCR系统的组成结构   

    SCR系统由尿素箱总成(有非加热和加热之分)、SCR催化器总成、尿素泵总成(非加热和加热之分)、DCU、尿素喷射器、喷射器安装组件、传感器(排气温度传感器、氮氧传感器、尿素温度液位传感器、尿素压力传感器、环境温度传感器)、加热水阀、尿素管路(非加热和加热之分)以及线束组成。    1、尿素箱用于存储尿素的装置,根据燃油和尿素的消耗比,容积一般为油箱的1/2。一般采用聚乙烯材料,具有坚实可靠、耐腐蚀性强、结构简单、使用方便等特点。内部装有尿素液位传感器和温度传感器,用于监测尿素罐中尿素的温度和液位。    2SCR催化器催化剂的储存容器,也是柴油机排气中的NOX发生催化还原反应的主要空间,从构造上说主要由载体、涂层和封装3部分组成。由于催化器载体在工作时需要足够大的表面积与较多的废气接触,同时需要相对较长的时间进行化学反应,才能更好地达到降低NOX排放的效果,所以一般采用蜂窝陶瓷或金属孔网来装载化学反应物,这种蜂窝陶瓷或金属孔网称为催化器载体;加载在催化器载体上的活性催化器称之为涂层;封装是将含有涂层的载体进行固定的外壳。    3、尿素泵总成由DCU控制通过尿素泵从尿素箱中抽取尿素水溶液,经由尿素过滤器,使尿素保持一定的尿素压力,保证系统正常工作。    4DCU主要功能是采集各传感器的信号,并根据CAN总线上的发动机工况信息和各传感器信号控制尿素的喷射时刻和喷射量,控制策略的合理与否直接影响到NOX转化率的高低与氨气泄漏的水平。还可以对整个系统进行实时诊断,对系统出现的不同状态做出及时反应,实现车载诊断(OBD)功能。    5、尿素喷射器SCR系统中用于精确控制尿素喷射的关键部件,接收尿素喷射控制单元的指令,执行喷射尿素水溶液的流量,将尿素水溶液以一定的角度和相对较好的雾化形式喷射到排气管中。

    6、传感器主要包括排气温度传感器、氮氧传感器、尿素温度液位传感器、尿素压力传感器、环境温度传感器。排气温度传感器用于监测催化器的温度,该系统上安装有2个:一个是催化器前温度传感器,安装在催化器的入口处;一个是催化器后温度传感器,安装在催化器的出口处。

    氮氧传感器安装在催化器的出口处,用于测量发动机排气中的氮氧化物含量。尿素温度液位传感器集成在尿素箱内部,用于监测尿素箱内尿素的温度和液位,当监测到尿素温度过低时,系统会实时启动尿素加热系统,以保证系统正常工作;当监测到尿素液位过低时,仪表就会显示报警,提醒驾驶员及时加注尿素。尿素压力传感器安装在尿素泵总成内部,用于测量尿素泵内尿素的压力,反馈给DCU,同时DCU根据尿素压力的目标值实时调节尿素泵的负载,使得尿素压力始终稳定在目标值附近。

环境温度传感器安装在空气滤清器的出口处,用于感知周围环境的温度,根据此温度DCU可以判断是否符合OBD监测的条件,此温度也是判断是否开启尿素解冻系统的重要依据。

    7、加热水阀用于控制发动机的冷却水流进尿素箱。当环境温度低于-11℃时,尿素溶液会结冰。这时尿素控制单元会根据需要启动尿素加热系统,控制加热水阀打开,发动机冷却水流入尿素箱U型螺旋管内进行热交换,从而达到尿素箱解冻效果。   

    8、尿素管路系统共有3个尿素管,分别为:低压管路(连接从尿素箱到尿素泵总成),压力管路(从尿素泵总成到喷射器),回流管路(从喷射器到尿素箱)。尿素溶液从尿素箱经由尿素低压管流出,经过压力管路由尿素输送与喷射控制模块流进喷嘴,经过回流管路从喷嘴回流到尿素箱。

    9、线束SCR线束用于连接传感器、执行器以及DCU

三、SCR系统使用注意事项   

    SCR系统的使用、维护及保养要严格按照发动机厂家的规定执行,在此重点介绍7点使用过程中需要特别注意的事项。    1、操作温度质量浓度为32.5%的尿素水溶液的凝固点为-11 ℃。因此,在环境温度低于此温度的地区,SCR系统需要启动SCR加热系统,对尿素水溶液进行加热。这样即使在低温环境下尿素水溶液也能解冻变成液体状态,从而使整个系统能正常工作。    2、添加尿素SCR系统需要使用质量浓度为32.5%的尿素水溶液。在添加尿素前先打开盖子清除加注口旁边的异物,需要保持加注口和加注容器的清洁性。为了保证后处理系统的正常工作,当仪表板上显示的尿素液位灯亮起时,应及时添加标准的尿素。    3、系统维护当正常关闭发动机后,SCR系统仍然会继续运行一段时间对尿素进行倒吸,抽干流在管道中的尿素残液以防结晶堵塞,此为正常现象。    4、尿素泵总成滤清器位于尿素泵总成中。滤清器需要保持定期清洁以维持正常的喷射压力,滤清器保养更换周期为5万公里或1000 h,在尿素水溶液被污染的情况下,滤清器的寿命会缩短。

    5、喷射器每辆车上安装的尿素喷射器与DCU是一一对应的,切勿互换使用。   

    6、线束冲洗车辆前,必须将电器部件(如DCU、尿素泵总成、传感器、插接件)用防水塑料袋等包扎好,如插接件接触不良系统将不能正常运行。电器部件禁止带电插拔,如带电插拔其后果将导致故障码混乱,对判断实际故障带来困难;另外插拔时严禁用力直接拉扯线束。    7、系统故障SCR系统如出现故障,暂时不影响发动机正常工作,但故障不能持续时间过长。因为SCR系统不正常工作或停止运行时,车辆排放将不能达到标准而造成排放超标,此时仪表板上排放指示灯(MIL)会点亮,如出现较严重的故障时,车辆会启动发动机扭矩限制器,降低发动机的功率。

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