基于SCR系統(tǒng)中電加熱尿素管的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：汽車的節(jié)能環(huán)保已作為一個(gè)世界性的課題在全球范圍內(nèi)為人們所重視，我國(guó)隨著柴油車國(guó)IV排放法規(guī)的全面實(shí)施，選擇性催化還原（簡(jiǎn)稱SCR）技術(shù)也逐漸應(yīng)用于我們的生活和生產(chǎn)中。尿素管路成為SCR系統(tǒng)的組成部分，由于尿素液的低溫結(jié)晶，開發(fā)出帶加熱性能的尿素管路。文章詳細(xì)介紹了目前柴油車電加熱尿素管的研究進(jìn)展，總結(jié)了電加熱尿素管的研究情況，指出目前系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方法。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；SCR系統(tǒng)；尿素結(jié)晶；電加熱尿素管

1 SCR系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 SCR系統(tǒng)工作原理

SCR是Selective（選擇性）、Catalyic（催化）、Reduction（還原）的英文縮寫，是一種尾氣后處理系統(tǒng)?；驹硎且园睔庾鳛檫€原劑，在催化劑的作用下將柴油機(jī)排氣中有害的NOx轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)猓∟2）和水蒸氣，其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜，主要反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

（NH2）2O+H2O→CO2+2NH3

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+2NO+4NH3→4N2+6H2O

1.2 SCR系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

SCR系統(tǒng)由尿素箱總成、SCR催化器總成、尿素泵總成、DCU、尿素噴射器、噴射器安裝組件、傳感器、電加熱尿素管以及線束組成

1.3 SCR系統(tǒng)部件組成-電加熱尿素管路

電加熱尿素管是連接尿素箱、尿素泵、噴嘴以供尿素在系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)的管路，電加熱尿素管路系統(tǒng)共有3根尿素管，分別為：低壓管路（連接從尿素箱到尿素泵總成），壓力管路（從尿素泵總成到噴射器），回流管路（從噴射器到尿素箱）。要求材質(zhì)耐尿素腐蝕性，可以使用聚四氟乙烯（PTFE）、可熔融四氟乙烯（PFA）、三元乙丙橡膠（EPDM）。為了阻止尿素轉(zhuǎn)換成氨氣揮發(fā)及管路損壞，管路不要靠近如何發(fā)熱的部件，平均循環(huán)溫度不能超過(guò)50℃，超過(guò)60℃時(shí)的最大允許時(shí)間是700h，溫度絕不允許超過(guò)70℃。管路直徑按照后處理廠商要求設(shè)計(jì)，以滿足流量和壓力要求。

2 電加熱尿素管的功能介紹

2.1 工作使用前提

由于濃度為32.5%的尿素水溶液的凝固點(diǎn)為-11℃，因此，在環(huán)境溫度低于此溫度的地區(qū)，SCR系統(tǒng)需要啟動(dòng)SCR管路加熱系統(tǒng)，對(duì)尿素管路里面尿素水溶液進(jìn)行加熱。這樣即使在低溫環(huán)境下尿素水溶液也能解凍變成液體狀態(tài)，從而使整個(gè)系統(tǒng)能正常工作。

2.2 組成結(jié)構(gòu)和工作原理

電加熱尿素管由耐尿素尼龍管、加熱單元、帶加熱功能的快插接頭、線束組成。當(dāng)環(huán)境溫度低于-5℃條件下，由控制裝置使用車載電源（24V）對(duì)其進(jìn)行加熱，持續(xù)對(duì)管路進(jìn)行加熱，防止尿素溶液在低溫環(huán)境下結(jié)晶。

3 電加熱尿素管的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 電阻絲材料

由加熱電阻絲纏繞在尼龍管和兩端接頭上（圖1），其中一端與線束相連接。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝方便在非加熱的基礎(chǔ)上增加加熱功能，功率穩(wěn)定，能匹配不同要求的單位長(zhǎng)度功率，能匹配不同要求的接線方式（并串聯(lián)），缺點(diǎn)：加熱不夠均勻，存在加熱盲區(qū)。

3.2 熱敏電阻材料

本結(jié)構(gòu)分為多層管路結(jié)構(gòu)（圖2），內(nèi)層由耐尿素材料組成，中間是加熱層，外層由保溫材料覆蓋。優(yōu)點(diǎn)：熱層發(fā)熱為環(huán)向加熱，加熱均勻、能匹配各種長(zhǎng)度，能做各種形狀的異形管路，在管路布置方面更有優(yōu)勢(shì)，接頭和管路都有過(guò)溫保護(hù)，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：產(chǎn)品擠出工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。

3.3 可加熱膠管

這種可加熱膠管，內(nèi)裝有三元乙丙橡膠（EPDM）內(nèi)襯，兩個(gè)電熱導(dǎo)體裝在滌綸網(wǎng)紗上以起到傳導(dǎo)壓力的作用，繞在膠管上。優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品容易彎曲，適應(yīng)不同裝車環(huán)境，管路不需要成型。缺點(diǎn)：產(chǎn)品工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。

4 現(xiàn)行電加熱尿素管存在的問(wèn)題

電加熱尿素管作為一種新技術(shù)，能有效解決尿素溶液低溫結(jié)晶的難題。但是距離大規(guī)模批量生產(chǎn)還有很長(zhǎng)的路要走，目前電加熱尿素管結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

（1）電觸頭絕緣處理方式需要改進(jìn)。現(xiàn)行的膠水密封方式，工作效率低下，固化時(shí)間太長(zhǎng)，防水等級(jí)不高。

（2）狹小空間尿素管的裝配還存在缺陷。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑相切的管路，現(xiàn)有工藝無(wú)法滿足裝車，由于整車空間限制，后續(xù)尿素箱和尿素泵將整合為一體，對(duì)尿素管匹配提出更高要求。

（3）低溫解凍效果有待提高。當(dāng)溫度低于-30℃以下時(shí)候，加熱解凍時(shí)間比較長(zhǎng)，這方面的性能有待提高，才能適應(yīng)極寒地區(qū)，有利于整車出口到寒冷地區(qū)的國(guó)家，提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

5 建議與展望

為了盡快解決使用上的缺陷，作者認(rèn)為：

（1）應(yīng)加快電加熱尿素管加熱材料的研究開發(fā)，提高加熱性能，才能提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）盡快出臺(tái)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，加大對(duì)相應(yīng)企業(yè)的扶持力度，這有利我國(guó)環(huán)境的改善。

（3）針對(duì)目前低溫電加熱尿素管的性能開發(fā)和應(yīng)用情況，應(yīng)加大這一方面的進(jìn)一步研究，以期開發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)應(yīng)用的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：陳書杰（1984-），2005畢業(yè)于武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，現(xiàn)代汽車檢測(cè)，05到10年供職無(wú)錫格爾頓傳動(dòng)軸有限公司，10年至今供職上海亞大汽車塑料制品有限公司，產(chǎn)品開發(fā)。