某平臺化尿素噴射系統(tǒng)開發(fā)

劉凡 楊含笑 張珂 付磊 夏浩 張婉盈

摘 要：文章針對某平臺化設計國VI-b階段重卡項目，設計一款通用型尿素噴射系統(tǒng)，自主開發(fā)異型尿素箱及尿素品質(zhì)傳感器，匹配一套電控閥計量噴射系統(tǒng)（尿素泵及噴嘴），并通過試驗驗證其穩(wěn)定性及可靠性。

關鍵詞：國VI;異型尿素箱;尿素品質(zhì)傳感器

中圖分類號：U463? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）22-49-02

Abstract： This article aims at a long head heavy truck project of stage VI in a platform design， develop a general urea supply system. Developing a special urea tank and urea quality sensor， matching a set of electronic control valve metering injection system （urea pump and nozzle）. And verify its stability and reliability through test.

Keywords： Stage VI; Special urea tank; Urea quality sensor

CLC NO.： U463? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-49-02

引言

隨著環(huán)保力度及政策法規(guī)的加嚴，選擇性催化還原技術（Selective Catalyst Reduction，SCR）是目前解決重型卡車尾氣中氮氧化物（NOX）的主要技術手段[1][2]。

SCR后處理技術是通過向排氣管內(nèi)噴入還原劑（通常是尿素水溶液），使還原劑經(jīng)過熱解、水解產(chǎn)生NH3，隨后存儲在催化器中，與廢氣中的NOX反應，生成無害的氮氣和水[3][4]。

本文針對某平臺化設計重型卡車，考慮其布置形式，設計一款國VI平臺化應用的尿素噴射系統(tǒng)。采用32.5%的尿素水溶液（該濃度能夠在保證尿素在使用過程不析出條件下，獲得最廣泛的溫度適用范圍）作為還原劑，設計開發(fā)合理尺寸尿素溶液存儲裝置（尿素箱）及相匹配的集成式尿素品質(zhì)傳感器;同時選配相應的尿素泵及噴嘴。

1 尿素箱匹配設計

根據(jù)車型油箱容積及10%的國VI尿燃比匹配經(jīng)驗，定型平臺化開發(fā)尿素箱容積為60L。傳統(tǒng)方形尿素箱結(jié)構(gòu)規(guī)整，便于箱體固定及生產(chǎn)加工，但是無法集成系統(tǒng)其余零部件，空間利用率不高，為此設計如圖1所示異型尿素箱。

設計如圖所示臺階式異型尿素箱，臺階一平面用于安裝尿素品質(zhì)傳感器，保證系統(tǒng)最高點為尿素箱上平面;臺階二臺階三所留空間用于布置尿素泵，便于泵箱集成同時保證尿素泵濾芯拆卸空間;臺階一與臺階二平面之間設計通氣管卡槽，使系統(tǒng)布置更加規(guī)整。

尿素箱加工工藝目前主要有吹塑和滾塑兩種，吹塑工藝使用高密度聚乙烯作為原材料，其分子鏈小，密度高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)牢固可靠同時生產(chǎn)周期較短，為此本次開發(fā)采用吹塑工藝生產(chǎn)尿素箱[5]。

2 尿素品質(zhì)傳感器開發(fā)

為滿足國VI排放法規(guī)要求，考慮長頭車布置空間緊湊，開發(fā)如圖2所示的一款集成式尿素品質(zhì)傳感器。

尿素品質(zhì)傳感器集成尿素液位及溫度傳感器、尿素濃度傳感器、冷卻水電磁閥;同時管路中布置200um冷卻水濾網(wǎng)、70um及30um尿素溶液濾網(wǎng)。采用雙級尿素溶液濾網(wǎng)，避免雜質(zhì)進入尿素泵或噴嘴，導致零部件損壞影響排放效率。增加的尿素濾網(wǎng)布置于傳感器頭部，方便拆卸保養(yǎng)。

尿素品質(zhì)傳感器尿素進回液接頭、冷卻水進回液接頭設計開發(fā)為SAE快插型式，配合使用SAE快插接頭，便于管路及傳感器后期拆卸維修。

3 尿素噴射泵選型

匹配BOSCH無空氣輔助式尿素噴射泵，如圖3所示，該泵由內(nèi)部加熱器加熱，防止尿素結(jié)冰，取消尿素泵加熱水管。尿素泵尿素溶液接頭配置SAE快插接頭，保證管路維修便利性。

車輛打開鑰匙后能聽到泵運轉(zhuǎn)時發(fā)出的短促的聲音，當發(fā)動機啟動后，內(nèi)部尿素噴射裝置開始運轉(zhuǎn)，尿素管道內(nèi)建立起壓力，使管道內(nèi)壓力始終維持一定范圍，為尿素噴射做好準備，如果排氣溫度高于尿素啟噴溫度，ECU控制噴嘴噴射尿素。當啟動鑰匙關閉后，尿素噴射裝置將持續(xù)工作一段時間，將管道內(nèi)的尿素殘液倒吸回尿素箱，避免因尿素結(jié)晶而造成管路堵塞。

4 結(jié)語

文中針對國VI-b階段重型卡車設計一款平臺化尿素噴射系統(tǒng)，自主開發(fā)設計尿素箱、尿素品質(zhì)傳感器，選配相應的尿素泵及噴嘴（集成于后處理器總成），最后通過實車驗證了其穩(wěn)定性及可靠性。

參考文獻

[1] 張紀元.重型柴油機SCR系統(tǒng)應用技術研究[D].山東大學，2013.

[2] 張春潤，黃利平，等.柴油機Urea-SCR還原劑供給系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀[J].內(nèi)燃機，2010.

[3] 俞妍，卜建國，等.基于SCR技術的尿素供給系統(tǒng)設計[J].汽車工程， 2014.

[4] 劉甲偉，韓永強，等.通用型SCR還原劑噴射系統(tǒng)的設計與控制策略研究[J].車用發(fā)動機，2014.

[5] 佟德輝.降低柴油機NO_X排放的SCR系統(tǒng)控制策略研究[D].山東大學，2009.