張鴻剛

摘 要：某6×4型半掛牽引車(chē)在使用不到3個(gè)月的時(shí)間里，多輛車(chē)出現(xiàn)排氣后處理系統(tǒng)尿素結(jié)晶現(xiàn)象，造成發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)故障燈常亮，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)限扭情況。針對(duì)該問(wèn)題提出了排氣后處理系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案，并對(duì)優(yōu)化改進(jìn)后的車(chē)輛進(jìn)行了跟蹤驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，車(chē)輛排氣后處理系統(tǒng)未再出現(xiàn)上述現(xiàn)象，用戶反饋效果良好，從而驗(yàn)證了改進(jìn)措施的可行性，對(duì)日后設(shè)計(jì)工作具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：排氣后處理系統(tǒng) 結(jié)晶 匹配 分析改進(jìn)

Analysis and improvement of exhaust reprocessing system of a truck tractor

Zhang Honggang

Abstract：A model of 6×4 truck tractor in the use of less than three months time， urea crystallization occurred with exhaust reprocessing system in many tractors，resulting in engine torque limitation.Aiming at this problem，the optimization and improvement scheme of exhaust reprocessing system is put forward，and the tractor verification of the optimized and improved tractors have carried out.The test result show that exhaust reprocessing system of the vehicle has not been any such urea crystallization phenomenon， the user feedback effect is good， so as to verify the feasibility of the improvement measures， and has a guiding significance for the future design work.

Key words：exhaust reprocessing system， crystallization; matching， analysis and improvement

1 前言

排氣后處理系統(tǒng)包括尿素箱總成、尿素液管路、尿素供給單元、噴射單元、尿素噴嘴、SCR催化轉(zhuǎn)化器箱、電器線路、溫度傳感器和排氣傳感器等。尿素噴嘴按照控制器的指令來(lái)進(jìn)行尿素溶液的噴射，但是因?yàn)楦鞣N原因排氣后處理系統(tǒng)很容易出現(xiàn)堵塞、結(jié)晶等現(xiàn)象，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞、結(jié)晶后發(fā)動(dòng)機(jī)ECU電腦控制系統(tǒng)識(shí)別后會(huì)報(bào)警，形成排氣后處理系統(tǒng)故障，影響車(chē)輛運(yùn)行，降低車(chē)輛出勤率。如何有效地避免排氣后處理系統(tǒng)堵塞、結(jié)晶故障是設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，排氣后處理系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2 排氣后處理故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 排氣后處理故障現(xiàn)象

某用戶團(tuán)購(gòu)6×4型半掛牽引車(chē)，在使用不到3個(gè)月的時(shí)間里，用戶反映多臺(tái)車(chē)出現(xiàn)排氣后處理故障，主要表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)故障燈常亮，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)限扭，影響車(chē)輛整車(chē)運(yùn)行，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)排氣管路與SCR催化轉(zhuǎn)化器箱接口法蘭處出現(xiàn)尿素泄漏現(xiàn)象，以及SCR催化轉(zhuǎn)化器箱內(nèi)部出現(xiàn)尿素結(jié)晶現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。

2.2 排氣后處理故障原因分析

2.2.1 排氣管路氣密性校核

在車(chē)輛排氣后處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配時(shí)，尿素泵及各尿素管、排氣管路等接頭、接口處應(yīng)保證不泄漏，以防止出現(xiàn)尿素結(jié)晶現(xiàn)象。所以針對(duì)排氣管路與SCR催化轉(zhuǎn)化器箱接口法蘭處存在尿素泄漏現(xiàn)象，主要對(duì)排氣管路氣密性進(jìn)行檢查、校核。

排氣管路與SCR催化轉(zhuǎn)化器箱接口連接方式為V型卡箍加2mm石墨-金屬?gòu)?fù)合墊片（見(jiàn)圖3）。

a.檢查校核石墨-金屬?gòu)?fù)合墊片，墊片的最大壓縮量為0.78mm，最大壓縮率39%，滿足設(shè)計(jì)性能要求;

b.校核排氣管路連接V型卡箍匹配情況，V型卡箍與SCR催化轉(zhuǎn)化器箱法蘭匹配合理。但檢查故障車(chē)輛使用過(guò)的V型卡箍時(shí)，發(fā)現(xiàn)V型卡箍一側(cè)有明顯的擠壓痕跡（圖4），且擠壓側(cè)的V型槽明顯向變形外偏，并不是對(duì)稱(chēng)的“V”型，這樣就造成法蘭存在受力不均現(xiàn)象，加上長(zhǎng)期存在振動(dòng)及法蘭貼合度不好，容易出現(xiàn)密封問(wèn)題;

c.校核排氣管和法蘭裝配關(guān)系，從圖3中可看出排氣管法蘭及連接處（紅圈處）存在臺(tái)階和凹槽，對(duì)尿素液體有一定阻礙作用，易造成尿素堆積;該區(qū)域氣體流動(dòng)性變差，該處溫度進(jìn)一步降低，易產(chǎn)生尿素結(jié)晶現(xiàn)象。

2.2.2 尿素噴射單元-噴射泵精度測(cè)試

尿素噴射泵的功能是將尿素溶液從尿素箱總成中抽出、加壓，同時(shí)控制壓縮空氣的流動(dòng)，按照后處理控制器（DCU）的指令控制輸出尿素的流量，壓縮空氣和輸出的尿素一起從出口流出，通過(guò)管路輸送到噴嘴，壓縮空氣的作用是輸送尿素并輔助霧化。噴射泵的精度過(guò)差，會(huì)造成過(guò)量噴射尿素溶液而導(dǎo)致尿素泄露和結(jié)晶問(wèn)題發(fā)生?，F(xiàn)場(chǎng)采用稱(chēng)重法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

從附表一中可看出，尿素噴射泵精度在7.2%～8.9%之間，尿素噴射泵的精度略大，但在允許誤差精度范圍內(nèi)，不足以引起尿素噴射泵過(guò)量噴射尿素而導(dǎo)致尿素泄露和結(jié)晶問(wèn)題發(fā)生。

2.2.3 尿素噴射單元-尿素噴嘴噴射碰壁情況檢查校核

為保證尿素溶液在排氣管內(nèi)能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣充分混合，應(yīng)使噴射單元-尿素噴嘴之后到SCR催化轉(zhuǎn)化器箱的排氣管直段長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，以保證尿素溶液的霧化和分解效果（圖5）。如果直段長(zhǎng)度不夠，尿素噴嘴噴射尿素溶液后容易和排氣管壁發(fā)生碰壁現(xiàn)象，造成尿素在排氣管內(nèi)壁沉淀，也造成尿素噴霧溫度下降，影響尿素的霧化和分解效果，就會(huì)發(fā)生尿素噴霧碰壁后沉淀、結(jié)晶現(xiàn)象。因此，尿素噴嘴在排氣管上的安裝位置和安裝角度就尤為重要。

a.在常溫環(huán)境下，對(duì)尿素噴嘴尿素噴射距離進(jìn)行檢查校核。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，尿素噴嘴尿素噴射的貫穿距離約91cm（見(jiàn)圖6）。但在高溫氣體中尿素溶液會(huì)進(jìn)行熱解，實(shí)際高溫工作狀態(tài)下尿素噴射貫穿距離會(huì)縮短;

b.排氣后處理系統(tǒng)尿素噴嘴安裝位置距離排氣管彎頭處設(shè)計(jì)距離280mm（圖7）。經(jīng)校核分析，尿素噴嘴之后直段長(zhǎng)度不夠，尿素溶液噴束會(huì)在排氣管內(nèi)碰壁，噴霧會(huì)以液體的狀態(tài)向下流，在管路末端就會(huì)有比較明顯的結(jié)晶。

3 改進(jìn)方案制定及試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 改進(jìn)方案制定

通過(guò)以上分析和試驗(yàn)可知，造成排氣后處理系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈常亮，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)限扭故障的原因主要有以下兩點(diǎn)：

a.尿素噴射單元-尿素噴嘴之后到SCR催化轉(zhuǎn)化器箱的排氣管直段長(zhǎng)度不夠，尿素溶液噴束會(huì)在排氣管內(nèi)碰壁，尿素噴霧霧化分解不好，會(huì)以液體的狀態(tài)向下流，在管路末端形成結(jié)晶;

b.匹配的排氣管路連接V型卡箍強(qiáng)度不足，在車(chē)輛長(zhǎng)期振動(dòng)條件下，V型卡箍發(fā)生變形，造成排氣管路密封性差。

針對(duì)上述兩點(diǎn)故障分析原因，制定出相應(yīng)的改進(jìn)方案：

首先，為了保證車(chē)輛在長(zhǎng)期振動(dòng)條件下排氣管路連接V型卡箍不發(fā)生變形，將V型卡箍?jī)?yōu)化為不帶翻邊的加強(qiáng)型V型卡箍，保證整個(gè)排氣管路的氣密性。

其次，將尿素噴射單元-尿素噴嘴位置由原圖7所示位置優(yōu)化到SCR催化轉(zhuǎn)化器箱入口之前位置（圖8），以增大尿素噴嘴到SCR催化轉(zhuǎn)化器箱的直段距離，保證尿素溶液的充分霧化和分解效果，避免出現(xiàn)結(jié)晶、排放不達(dá)標(biāo)故障，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)報(bào)故障、限扭問(wèn)題發(fā)生。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

改進(jìn)方案確定后，為充分驗(yàn)證方案的有效性和可靠性，如圖9所示，對(duì)優(yōu)化后排氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行了SCR催化轉(zhuǎn)化器箱結(jié)晶臺(tái)架試驗(yàn)。

按照結(jié)晶試驗(yàn)規(guī)范，結(jié)晶循環(huán)試驗(yàn)是根據(jù)實(shí)際車(chē)輛采集的路譜進(jìn)行選取135個(gè)工況，包括城市路況怠速、加減速，鄉(xiāng)村路況、高速路況，單個(gè)循環(huán)進(jìn)行340s，不斷循環(huán)連續(xù)進(jìn)行20h，總共212個(gè)循環(huán)。結(jié)晶試驗(yàn)結(jié)果表明，SCR催化轉(zhuǎn)化器箱入口、出口處均無(wú)出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，尿素噴嘴處噴孔清晰可見(jiàn)，無(wú)尿素結(jié)晶現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果合格（圖10）。

SCR催化轉(zhuǎn)化器箱結(jié)晶臺(tái)架試驗(yàn)合格后，對(duì)用戶車(chē)輛排氣后處理系統(tǒng)按照制定方案進(jìn)行了優(yōu)化整改。改進(jìn)后跟蹤用戶車(chē)輛使用情況6個(gè)月，車(chē)輛排氣后處理系統(tǒng)再未出現(xiàn)上述故障，用戶反饋效果良好，故障得到了徹底解決。

4 結(jié)論

本文針對(duì)某型號(hào)6×4型半掛牽引車(chē)排氣后處理系統(tǒng)批量發(fā)生故障現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)排氣后處理系統(tǒng)的管路氣密性、噴射泵精度、尿素噴嘴噴射碰壁等方面分析校核，得出在設(shè)計(jì)排氣后處理系統(tǒng)時(shí)尿素噴嘴的安裝位置到SCR催化轉(zhuǎn)化器箱的排氣管直段長(zhǎng)度一定要足夠長(zhǎng)，建議≥500mm，另外一定要保證整個(gè)排氣系統(tǒng)的氣密性。按照分析結(jié)果對(duì)某型6×4半掛牽引車(chē)排氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，通過(guò)結(jié)晶臺(tái)架試驗(yàn)以及用戶實(shí)車(chē)上的驗(yàn)證，證明了分析結(jié)果和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果是相符的，也證明了此結(jié)論的正確性，亦對(duì)日后的實(shí)際設(shè)計(jì)工作具有一定借鑒指導(dǎo)意義。

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