博世DeNOx2.2尾氣后處理系統(tǒng)中尿素泵常見故障解析

山東交通技師學(xué)院 丁行海，解易展

隨著排放法規(guī)的升級(jí)，尾氣后處理系統(tǒng)采用SCR技術(shù)路線的商用車越來越多。如果尾氣后處理系統(tǒng)發(fā)生故障，那么柴油機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)減少噴油量，從而保證尾氣排放不超標(biāo)。但車輛會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不足的現(xiàn)象，即發(fā)動(dòng)機(jī)限扭。雖然現(xiàn)在的商用車已經(jīng)實(shí)行了國五排放，部分區(qū)域甚至實(shí)行國六排放，但很多人對(duì)于尾氣后處理系統(tǒng)中的尿素泵依然不熟悉，感覺它很神秘。本文以常見的博世DeNOx2.2尾氣后處理系統(tǒng)中的尿素泵為例，解析其基本結(jié)構(gòu)、工作過程和常見管路故障。

1 尿素泵的基本結(jié)構(gòu)

博世DeNOx2.2尿素泵主要由膜片泵、電磁換向閥、尿素壓力傳感器、主濾芯、各類濾網(wǎng)、進(jìn)液管、回液管、壓力管等部件組成。尿素泵結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

2 尿素泵的工作過程

博世DeNOx2.2尿素泵的工作過程可以分為初始化、預(yù)注、噴射、排空等4個(gè)階段。

（1）初始化階段。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打到ON擋，系統(tǒng)進(jìn)行自檢，如果有故障，系統(tǒng)會(huì)一直停留在此狀態(tài)。如經(jīng)過檢查沒有錯(cuò)誤或存在的錯(cuò)誤不影響系統(tǒng)工作則轉(zhuǎn)入下一階段。

圖1 尿素泵的結(jié)構(gòu)

（2）預(yù)注階段。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，正常狀況下系統(tǒng)會(huì)很快進(jìn)入預(yù)注階段。預(yù)注可分為除氣、建壓和噴嘴檢查等3個(gè)步驟。

除氣時(shí)，尿素泵轉(zhuǎn)動(dòng)，噴嘴打開，系統(tǒng)管路中的空氣將通過尿素進(jìn)液管、壓力管排出，從而為建壓做準(zhǔn)備。然后是建壓，尿素泵轉(zhuǎn)動(dòng)，噴嘴關(guān)閉，管路內(nèi)建立起900 kPa的尿素壓力。此時(shí)，排氣溫度要達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)值，一般為180 ℃。最后進(jìn)行噴嘴檢查，噴嘴打開一次，管路內(nèi)壓力下降，尿素泵提速，將管路壓力維持在900 kPa。至此，系統(tǒng)完成對(duì)噴射回路的檢查。

（3）噴射階段。當(dāng)排氣溫度達(dá)到200 ℃后，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出命令，控制噴嘴開啟，向排氣氣流中噴射尿素。只要系統(tǒng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，無論噴嘴是否噴射，尿素泵都會(huì)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保持合適的系統(tǒng)壓力。尿素噴射速率取決于車輛的負(fù)荷率。在車輛正常行駛過程中，噴嘴以脈沖形式向尾氣中噴入經(jīng)過計(jì)算的尿素溶液。多余的尿素溶液通過回液管回流至尿素箱。

噴射尿素需要滿足以下條件：SCR處理器進(jìn)口排氣溫度超過200 ℃；沒有與SCR系統(tǒng)相關(guān)的故障碼；尿素壓力在775 kPa～1050 kPa，噴嘴開閉正常；尿素箱內(nèi)液位高于3 %；尿素箱內(nèi)溶液溫度在-3 ℃～80 ℃。

（4）排空階段。當(dāng)駕駛員關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后，SCR系統(tǒng)需要經(jīng)過排空過程才能自動(dòng)關(guān)閉，以防尿素溶液留在系統(tǒng)中形成結(jié)晶，造成堵塞。排空時(shí)，嚴(yán)禁整車斷電。在排空階段，可以聽到電磁換向閥的“咔噠”聲和尿素泵運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音，電磁換向閥的動(dòng)作改變了尿素溶液的流動(dòng)方向。尿素泵抽出噴嘴、壓力管、回液管中所有的尿素溶液，將它們泵送回尿素箱。在這個(gè)過程中，噴嘴將開啟，消除管路中產(chǎn)生的真空，便于排空更徹底。

3 案例解析

（1）進(jìn)液管路故障。一輛陜汽德龍F(tuán)2000卡車，搭載濰柴WP10型號(hào)柴油機(jī)，配備博世2.2尿素泵。駕駛?cè)朔从辰谠谛旭傔^程中，有時(shí)尾氣后處理系統(tǒng)故障燈點(diǎn)亮，再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后又正常了，今天突然發(fā)動(dòng)機(jī)限扭了。讀取的故障代碼為P110EF4（整車限制功能激活），并伴有SCR系統(tǒng)數(shù)個(gè)歷史故障。在車上做驅(qū)動(dòng)測(cè)試，建壓失敗。拆下尿素泵，在車下做測(cè)試時(shí)，建壓成功。經(jīng)檢查，尿素噴嘴正常，但有少許結(jié)晶現(xiàn)象。懷疑尿素質(zhì)量差，進(jìn)液管路有問題。拆解尿素液位浮子后，發(fā)現(xiàn)底部濾網(wǎng)已堵塞。清洗尿素箱、噴嘴，更換尿素液位浮子，如圖2所示。裝車后做建壓測(cè)試，正常。幾天后，回訪車主，尿素消耗正常，動(dòng)力恢復(fù)正常，故障已排除。

圖2 更換尿素液位浮子

該車因尿素質(zhì)量不合格，雜質(zhì)和結(jié)晶積聚在尿素液位浮子的濾網(wǎng)上，在行駛過程中，尿素壓力低，導(dǎo)致故障燈點(diǎn)亮；熄火后，尿素回流，將積聚的雜質(zhì)沖開，才會(huì)出現(xiàn)再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，剛開始是正常的，行駛一會(huì)兒后故障燈再次點(diǎn)亮。隨著時(shí)間積累到50 h，發(fā)動(dòng)機(jī)限扭。

（2）壓力管路故障。一輛陜汽德龍新m3000卡車，配備濰柴國四發(fā)動(dòng)機(jī)，博世2.2尿素泵。駕駛?cè)朔Q尿素故障燈亮，動(dòng)力不足。讀取故障代碼，均是歷史故障代碼：P0221 SCR（尿素箱溫度上升錯(cuò)誤），P0050 CAN（接受幀AT101超時(shí)錯(cuò)誤），P021b SCR（系統(tǒng)PUQP功能錯(cuò)誤），P020f SCR（尿素壓力建立錯(cuò)誤），P0217 SCR（尿素噴嘴堵塞）。很明顯是排放超標(biāo)導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)限扭，排放超標(biāo)的主要原因集中在尿素箱加熱電磁閥，氮氧傳感器和噴嘴。測(cè)試氮氧傳感器端子電壓，正常。診斷儀測(cè)試氮氧傳感器也正常。讀取數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，尿素箱溫度一直沒有變化，懷疑尿素箱加熱電磁閥損壞，測(cè)試閥的電阻正常，線路正常。拆下電磁閥做驅(qū)動(dòng)測(cè)試，可以打開閥門，但是吹氣不通，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞，進(jìn)行清洗操作。清洗后，重新測(cè)試，可以吹通。裝上車輛，做尿素泵測(cè)試，無法建壓，聽不到噴嘴的“咔噠”聲，懷疑噴嘴損壞。如圖3所示，更換噴嘴后，再次測(cè)試尿素泵，一切正常。幾天后，回訪車主，尿素正常消耗，動(dòng)力恢復(fù)正常，故障已排除。

圖3 更換尿素泵噴嘴

（3）回液管路故障。一輛陜汽德龍新m3000卡車，配備濰柴國四發(fā)動(dòng)機(jī)，博世2.2尿素泵，車輛平路行駛過程中正常，爬坡時(shí)動(dòng)力不足。讀取故障代碼，只有一個(gè)歷史故障，P020f SCR（尿素壓力建立錯(cuò)誤）。做尿素泵測(cè)試，發(fā)現(xiàn)壓力建立慢，但是壓力高達(dá)1 300 kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常值。懷疑有堵塞的部件，查看回液管，沒有堵塞；查看回液閥（圖4中的紅圈）堵塞；再查看尿素噴嘴，有結(jié)晶呈現(xiàn)堵塞狀。更換上述堵塞部件，同時(shí)清洗各濾網(wǎng)，測(cè)試尿素泵，功能恢復(fù)。數(shù)天后，回訪車主，尿素消耗正常，動(dòng)力恢復(fù)正常，故障已排除。

圖4 更換回液閥

4 結(jié)語

根據(jù)以上案例和生產(chǎn)實(shí)踐，SCR后處理系統(tǒng)中管路部分容易出現(xiàn)問題，引起故障的原因首先是尿素溶液。劣質(zhì)尿素溶液純度不夠，溶液中含有雜質(zhì)，容易結(jié)晶，導(dǎo)致各濾網(wǎng)、噴嘴等小孔徑發(fā)生堵塞。這時(shí)，可以將堵塞零件拆出，用溫水浸泡，待尿素結(jié)晶溶解，一般能恢復(fù)正常。因此使用正品尿素溶液，是保證SCR后處理系統(tǒng)正常工作的前提。其次是尿素濾芯的保養(yǎng)。尿素濾芯的容污能力是有限的，即使一直使用正品尿素溶液，也需要定期更換。一旦濾芯達(dá)到容污極限，失去過濾效果，尿素中的雜質(zhì)就會(huì)覆蓋在零件上，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。尿素濾芯的更換周期，請(qǐng)根據(jù)廠家推薦，嚴(yán)格執(zhí)行。常見品牌的濾芯更換里程一般為3萬km左右。