学习目标

1.掌握气助式SCR系统的结构原理

2.掌握气助式SCR系统的故障检测方法

基础知识

一、气助式SCR系统组成

图13-9为康明斯ISM11E4发动机的SCR系统。其主要特点是系统中有压缩空气管路与加料器相连接，系统工作时，向排气管内喷入的是混入空气的尿素水溶液。

1.尿素箱

如图13-10所示尿素箱用于储存DEF（尿素水溶液），其内部装有尿素液位传感器、尿素温度传感器和加热器（图13-10）。加热器水管与发动机冷却水路相连接。加热器的水循环受电磁阀控制，当ECM认定尿素箱需要进行加热时，为电磁阀通电、打开水路、进行加热。

图13-9 康明斯ISM11E4发动机的SCR系统

2.油气分离器（空气滤清器）

为保证供给加料器空气清洁，在加料器的供气管路上设有油气分离器（图13-11），用于去除压缩空气中的水分和杂质。更换机油滤清器、柴油滤清器时，要更换油气分离器。

图13-10 尿素箱及加热装置

图13-11 油气分离器

3.尿素加料器

尿素加料器，即尿素泵（图13-12）。它负责为尿素溶液加压。加料器是个智能元件，内置单片机，它通过多路通信（CAN线）与发动机ECM通信，获取发动机工况信息，然后依据这些信息计算、控制尿素喷射量。

4.尿素喷嘴

如图13-13所示尿素喷射喷嘴的尖端有4个直径0.55mm的喷孔，可以使尿素雾化，然后将其直接喷射到排气管中。

图13-12 加料器（尿素泵）

图13-13 尿素喷嘴

5.催化器（后处理器）

如图13-14所示催化器与消声器集成一体。多孔陶瓷体的外表面有催化剂涂层，其主要成分有五氧化钒（V0₅）、三氧化钨（W0₃）和二氧化钛（T0₂）等。只有在催化剂作用下，N0_X还原反应才能够进行。催化器还可将颗粒物PM排放降低了约30%（可溶解部分）。催化器有毒，与其接触时，要有防护措施，不得皮肤直接接触。

图13-14 后处理器

6.N0_X传感器

N0_X传感器和传感器模块集成为一个整体（图13-15）。N0_X传感器检测N0_X浓度，通过CAN线将信号发送给ECU。当N0_X的浓度超过5g/kW·h时，ECU会点亮MIL灯，提示驾驶人维修；当N0_X的浓度超过7g/kW·h时，ECU在点亮MIL灯的同时，激活转矩限制器。

7.催化器前、后的排气温度传感器

如图13-16所示在排气处理器（EGP）上有两个排气温度传感器，一个进口排气温度传感器，一个出口排气温度传感器。它们用于监测处理器进出口温度。

图13-15 N0_X传感器及传感器模块总成

图13-16 排气温度传感器

二、工作流程

加料器工作流程如图13-17所示。加料器内部主要有隔膜泵、空气阀、空气压力调节器、混合室、尿素压力开关和空气促动阀（AAV）等元件。

隔膜泵负责控制尿素喷射，通过调节通电时间实现喷射量控制。空气压力调节器将进入加料器的空气压力调整到4bar。在混合室内压缩空气和尿素溶液完成混合。尿素压力开关检测尿素建压情况，便于ECM对系统进行监控。空气促动阀是个换向阀，当空气阀打开、压缩空气进入加料器后，空气促动阀负责将尿素回流管路关闭。SCR系统工作过程分为系统自检、系统预注、系统加料和系统排空等4个阶段。

(www.daowen.com)

图13-17 SCR系统工作流程图

1—空气阀（由电磁阀控制） 2—空气压力调节器 3—空气促动阀（AAV） 4—量孔 5—混合室 6—空气单向阀（ACV） 7—背压阀（BPV） 8—压力开关 9—尿素出口单向阀 10—温度传感器 11—位置传感器 12—计量控制器 13—泵电机 14—尿素进口单向阀

1.系统自检

打开点火开关，系统开始自检。如果加料单元上电工作正常，尿素泵电机会运转一下。

2.预注模式

每次发动机起动140S后，系统都会开始预注。具体过程如下。

①压缩空气切断（空气电磁阀关闭）。

②加料器内隔膜泵开始全速运转，加料器以最大能力工作（7.5L/h），尿素溶液通过打开的空气促动阀流回到尿素罐中，以便排空系统中的空气。该过程持续30S。

③如果预注阶段成功，空气电磁阀在预注阶段末期通电打开，压缩空气进入加料器，然后隔膜泵停止工作。如果预注不成功，存储故障码1682（SCR泵状态控制加料器错误）。

3.系统加料

在加料阶段，空气压力调节到4bar，空气持续穿过空气电磁阀进入喷嘴。空气起到尿素的运输介质的作用，同时它还能避免喷嘴堵塞。

加入尿素的条件如下。

①在催化器进口和出口上，排气温度都达到200℃以上。

②没有与SCR系统相关的现行0BD故障码。

③尿素罐液位高于6%。

④空气压力高于4bar，而尿素压力为3bar。

⑤尿素罐内尿素温度超过一7℃。

在加料阶段，空气畅通（空气电磁阀打开），隔膜泵在所需能力下工作，尿素进入喷嘴管中，压力开关启动。空气和尿素一起喷入排气管。

4.排空模式

当钥匙开关转到0FF位置，系统进入排空阶段。在此阶段，空气电磁阀打开，隔膜泵停转，只有空气进入喷嘴管中，压力开关启动。空气将残留的尿素从系统中排出，持续时间30S，然后系统关闭。

维修案例

一、尿素用尽（故障码1673）

（1）故障设置条件 ECM通过尿素液位传感器信号，判定尿素用尽时，禁止尿素喷入SCR后处理系统；存储1673故障码；点亮MIL灯；发动机功率立即下降。

（2）排除方法 添加尿素后，完成液位监测后，MIL灯熄灭。

二、N0_X排放严重超标（故障码2773）

（1）故障设置条件 ECM通过N0_X传感器检测到N0_X排放超过7g/kW·h时，ECM存储2773故障码；点亮MIL灯；发动机功率立即下降。

（2）故障原因：

1）柴油机排气处理液质量不符合技术规范。供液管路堵塞、漏气致使尿素建压异常。

2）喷射单元或管路外部泄漏。

3）柴油含硫量过高，使SCR催化器结垢、失效（硫中毒），导致氮氧化物排放超标。

4）尿素喷嘴排空不彻底、堵塞。

5）喷射单元有故障或损坏。

6）催化器损坏或缺失。

（3）诊断方法 使用康明斯INSITE服务软件进行加料单元超控测试，监测系统工作过程。如果喷射量充足，重点检查尿素溶液品质及后处理器状况；如果喷射量不足或不喷尿素，则应对供液管路进行检查，看是否有堵塞、漏气现象，必要时更换尿素泵。

（4）故障复位 此故障为0BD故障，确认故障原因并进行有效维修后，故障并不能马上变为非现行。因为该故障监测过程需要一个特定的行车循环，需要多个工况点采集数据后经过运算才能得出N0_X排放值。为使故障尽快完成监测、复位，需要借助IN_- SITE服务软件，方法是连接INSITE服务软件，起动ECM诊断测试/后处理高氮氧化物复位测试，按照屏幕提示运行车辆，如果氮氧化物复位测试进度减慢或停止，则需改变发动机转速和负载，使氮氧化物复位测试尽快完成、恢复发动机转矩。

你学会了吗？

1.举例说明哪些0BD故障（排放相关故障）会限制发动机转矩（功率）？

2.康明斯ISME4柴油机SCR系统工作流程是怎样的？分阶段说明。