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【曼技术发动机使用维护知识专栏】----SCR尾气处理系统使用维护篇

发布时间:2016-06-23

中国重汽曼技术MC系列发动机国V、国IV排放阶段采用德国BOSCH公司和中国重汽自制的二种SCR尾气处理系统。SCR是Selective Catalytic Reduction的缩写,是选择性催化还原的意思。SCR技术是降解柴油机尾气中氮氧化物(NOx)最有效的方法之一,也是当前最主流的一项技术。

 下面我们以德国BOSCH公司的Denoxtronic® 2.2为例来简单讲解关于SCR系统的使用维护要求。

一、 SCR工作原理

图1 BOSCH SCR尾气处理系统图

从发动机燃烧室排出的废气中的NOx,与喷射进入排气管的尿素分解产生的氨混合,在催化剂作用下,加速降解为无害的氮气和水。在催化剂上游段,主要的化学反应为尿素的水解。

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

在催化器中氮氧化物被还原,最终代谢产物主要以氮气和水蒸汽形式排入大气。

4NO + 4NH3 + O2→4N2 +6H2O (催化还原反应,一般要求排温>200 ℃ )

2NO2 + 2NO + 4NH3→4N2 +6H2O (催化还原反应,一般要求排温>200 ℃ )

特别提示:搭载SCR系统的柴油发动机,尾气中NOx的含量较未处理前可降低大约85%,燃油经济性会提高4~5%。请注意上述催化还原反应的必要条件:排温大于200℃。

二、SCR尾气处理系统的组成

1 尿素供给单元(SM)

顾名思义,尿素供给单元负责整个系统尿素水溶液(DEF)的供给。SM将DEF从尿素箱中泵入,加压并且送往DM,同时将多余的DEF泵回尿素箱。发动机停机后,SM将系统中的DEF倒抽回尿素箱,以避免残留的DEF引起系统失效。尿素供给单元采用电加热来解冻,如图 2所示。

 

图2尿素供给单元

 2 尿素喷射单元(DM)

 DM单元安装在发动机排气管上,负责将SM泵过来的DEF喷入尾气中。接口信息如图 3所示。

 

图3 尿素喷射单元

3 电控单元(ECU/DCU)

BOSCH公司采用电子控制单元(ECU)或者喷射控制单元(DCU)作为Denoxtronic® 2.2系统的控制器。DCU是一块专门为SCR系统开发的控制单元,而ECU是发动机功能的通用控制单元,并集成了对SCR系统的控制。

图4控制单元(合并的ECU控制单元)

三、保养

Denoxtronic® 2.2系统部件应避免直接暴露于机械与热冲击之下,其保护罩上不可积存石子、泥尘等杂物,此外应远离排气管、涡轮增压器与发动机等热源。

尿素供给单元和尿素喷射单元具有一定的防水防尘功能,但应避免水淹以及高压水枪的冲击。

液力管路接头不建议润滑,对电气接口的润滑是绝对禁止的。

为了冬季防冻解冻的需要,液力接头和液力管线应安装有加热装置,并注意保温。

1更换尿素供给单元过滤器

Denoxtronic® 2.2系统的尿素供给单元的过滤组件(过滤芯和压力平衡器),每3年使用或者8万公里行驶后需要更换。如应用环境恶劣,对尿素水溶液污染较重,则需按实际情况更换。更换前,需要对SM外表面进行清洁,并在安装过程中严防滤芯区域引入外界污染,过滤器盖旋紧时使用20Nm+5Nm的力矩。具体步骤如下:

步骤一:旋开过滤器盖,扳手尺寸27mm(DIN3124/ISO2725-1)

步骤二:取出平衡器

步骤三:观察滤芯颜色,若为灰色,使用右图所示专业工具的灰色端(GREY),若为黑色,使用黑色端(BLACK)。将正确的工具端伸入滤芯,直到听到“咔嚓”声,表明工具已经安装到位。

步骤四:将滤芯拔出,必要时可利用工具的卡槽借其他工具帮助拔出。

步骤五:用水清洗滤芯盖螺丝外表面。

 

步骤六:润滑HCF滤芯两端的O型圈后,安装滤芯。(推荐使用MobilVelocite No.6,使用其他润滑油可能会带来失效风险)然后安装平衡器

 

步骤七:旋紧过滤器盖,扭矩20+5Nm,扳手尺寸27mm(DIN3124/ISO2725-1)

2更换尿素喷射单元密封片

尿素喷射单元底部的密封片是一次性部件,故每次拆卸后均需要更换。更换时勿使用尖锐的工具撬边缘,应使用镊子拨动三个圆盘触点,取下后清洁密封区域但避免碰触喷嘴,然后重新装上新的密封片,见图6。

图 6 更换尿素喷射单元密封片流程

3进行整车保养时,针对Denoxtronic® 2.2系统,应注意检查如下内容:

—Denoxtronic® 2.2系统的表面清洁度,尤其是线束接头的防水防尘情况,若外表面或者

—保护罩上积蓄着碎石块泥土等杂物,需及时除去;

—液力管路和电力线是否完整、固定,液力管线不应有松动或弯折;

—冷却水管路检查,是否有充足流量;

—检查加热设备(热继电器、加热阀等)固定并正常工作;

 —SM过滤器是否需要更换;

—DM喷嘴安装法兰及排气管道中是否有尿素结晶附着(拆卸DM或服务站配备有内窥镜时)。

如发现系统表现异常,请及时联系中国重汽指定的服务站。

四、检修与排错

检修Denoxtronic® 2.2系统需要专业的诊断仪,在各个服务站中均应当配备该诊断仪。在没有诊断仪的条件下,可进行简单的表观检查。驾驶室仪表盘尿素箱灯亮,表明尿素水溶液剩余不足10%,应及时添加。

若需要更换/拆卸喷射单元,须在发动机完全停机一小时,排气管冷却后方可进行。注意底部的密封片为一次性器件,每次安装均须更换。

车辆每3年使用或者8万公里行驶后,需要更换一次尿素供给单元的滤芯。

五、 OBD系统故障

OBD 系统用于监测和控制排放控制系统,当OBD系统监测到柴油机排放超过OBD法规标准,或者监测到与排放系统相关部件工作失效(如相关传感器的拆除,尿素箱空,尿素泵不能工作等)后,超排放灯(MIL 灯)将被激活,控制系统将会根据故障对排放控制的影响程度不同做出相应的反应。

1 故障分类

第一类故障影响排放或OBD 监控,当发生这些故障时,MIL 灯点亮报警(故障灯不亮)。

第二类故障主要指排放监控系统中各类传感器在电气方面的故障、传感器的拆除和其他因无法监测排放而导致排放增加的故障。当发生此类故障时,MIL 灯被激活报警,同时控制器开始进行计时。如果故障不能在有效时间(从发生故障到柴油机累计运行50 小时)内得到清除,超排放限油激活,柴油机将进入跛行回家模式。

第三类故障的发生将直接导致排放恶劣,当发生这类故障时,MIL 灯激活报警的同时,超排放限油立刻激活,柴油机进入跛行回家模式。由于第二、三类故障导致超排放限油激活后,柴油机最大扭矩限制为正常状态下最大扭矩的60% 。

2 跛行回家规则

当柴油机产生第三类故障;或者产生第二类故障后没有及时修复,并且在带故障状态下运行柴油机超50小时,柴油机将进入跛行回家模式。为保障驾驶安全性,超排放限油会在车速小于一定值时才激活(目前的标定车速是5km/h)。

当柴油机超排放限油与系统其他限油同时激活时,以限油量较大者为准。

当导致柴油机超排放限油故障修复,并且柴油机运行到怠速状态,则柴油机超排放限油消除袁柴油机进入正常工作状态。

六、尿素溶液

尿素溶液也叫添蓝Adblue,尿素浓度为32.5%,其余为超纯净水;在常温下是一种无色、无味、无毒、不易燃的溶液,在高于50℃时,添蓝会分解成氨气,刺激人的眼睛、粘膜、皮肤,引起人的不适。添蓝低于-11℃时会结冰,因此一般SCR均装有加热装置,以确保车辆在低于-11℃的环境下能正常工作。

尿素溶液的储存条件:保持容器紧闭,储存于阴凉、干燥的仓间,远离强氧化剂存放。

车用尿素是重型柴油车达到排放标准的必备产品。车用尿素是指尿素浓度为32.5%且溶剂为超纯水的尿素水溶液。一般来说国IV排放重型柴油机尿素溶液的消耗量是柴油的3%-5%,即100L柴油需要使用3-5L车用尿素溶液。较之国IV排放,国V排放的柴油车尿素消耗量要略高一些。

七、注意事项

1 新的《中华人民共和国大气污染防治法》于2016年1月1日正式实施,对于机动车的排放监管力度会越来越大。为了我们共同的蓝天碧空,请正确使用维护SCR尾气处理系统。

2 尿素箱内的尿素液位不得低于10%,当低于下限时,会导致尿素喷嘴烧毁。因为尿素喷嘴装在排气温度最高达到600℃的SCR消音器大包上,需要至少10%容量的尿素对喷嘴进行循环冷却。而且添蓝液位低于下限时,发动机会限油,车辆只能跛行回家。

3尿素箱缺少尿素时,请及时添加,但注意不得加入水,更不得加入硬水和自来水。

—水垢会导致喷嘴、泵、滤清器堵塞。

—会因为没有尿素还原剂,无法产生催化还原反应,这时候氮氧传感器会探测到NOx排放超标,ECU发出限油指令,车辆只能跛行回家。

4禁止添加农用尿素和劣质尿素溶液,不合格的尿素溶液含有重金属、其他不可知的化学成分以及杂质,会导致:

—蜂窝状载体的催化剂涂层重金属中毒,降低或者失去催化剂的功效

—产生不可预知的化学反应,各种化合物在载体上结晶,堵塞通道,提高了排气背压,出现发动机动力不足。

—尾气排放不合格,强行限油,跛行回家。

—导致价值昂贵的SCR大包报废,经济损失很大。

—车辆年检无法通过。

特别警告:如果用户在使用过程中缺少尿素溶液、加入水或者不合格的尿素溶液,中国重汽不承担因此造成的质量损失,质量保证和承诺将失效。

 SCR尾气处理系统,结构原理复杂,种类比较多,由于篇幅所限,更多的SCR知识,如故障代码以及常见故障案例,将在以后专题介绍。