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康明斯新款尿素泵,为啥故障率这么高?看看它的工作原理吧

   2021-11-19 640
核心提示:整个尿素系统有两个重要组件,一个是尿素泵总成,一个是喷射阀总成。两个组件由ECM控制工作,通过尿素管路与尿素箱连通,形成从泵液到喷射的直连。 根据工作原理图来看,整套尿素喷射系统体积很小,管路和占空间也都小了,泵直接从尿素罐中抽液,通过供液管直接输送给喷射阀。喷射阀总成内带有尿素压力传感器,尿素的喷射和压力的监控工作直接由喷射阀完成。但这种设计也是存在一定的弊端。
 PART1
UL2.2尿素供给系统的组成

 

微信图片_20211119104031


整个尿素系统有两个重要组件,一个是尿素泵总成,一个是喷射阀总成。两个组件由ECM控制工作,通过尿素管路与尿素箱连通,形成从泵液到喷射的直连。

 

根据工作原理图来看,整套尿素喷射系统体积很小,管路和占空间也都小了,泵直接从尿素罐中抽液,通过供液管直接输送给喷射阀。喷射阀总成内带有尿素压力传感器,尿素的喷射和压力的监控工作直接由喷射阀完成。但这种设计也是存在一定的弊端。

 

一是,没有设置专门的冷却系统,喷嘴的冷却全靠尿素溶液的循环,因此大大降低了喷嘴的持续工作能力。

二是,没有专门的清空阶段,依靠液态压力实现自然泄压,导致体积后管路内残留大量尿素溶液,在严寒地带的车辆,容易造成尿素结晶堵塞管路,甚至冻裂喷嘴。

 

两个主要组件的内部结构,我们通过分解图了解一下。

首先是尿素泵与滤芯的集成;

微信图片_20211119104307


其次是喷射阀,直接安装在后处理大包的尿素混合腔上。

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在系统控制上,整个组件由ECM直接控制。

其中,喷射阀上的电气接头,共八个电器接角,其中3、4、6号电器接角是三个是备用针角,暂时没有定义。

一号针脚是喷射阀的负极,

二号针脚是喷射阀的正极;

五号针脚是传感器的5伏电源线供给喷射阀内所有传感器的供电;

七号针脚是压力传感器的回路,也就是接地;

八号针脚是压力传感器的信号传输。

喷射阀的两个侧剖图如上图所示。

 

PART2
系统工作原理

 

微信图片_20211119104316


从图中可以看出,在UL2.2工作中,尿素泵将尿素溶液泵出尿素箱,加压后直接送至喷射阀进行尿素喷射。喷射阀内的尿素压力传感器检测尿素压力,与ECM实时反馈信号。尿素喷嘴除了与尿素泵有管路连通外,与尿素箱也连通,将部分尿素溶液回流至尿素箱中。形成了一个尿素箱、尿素泵、尿素喷嘴的回路控制。其中工作流程分为5个阶段。

 

PART3
系统工作流程

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图片中的内容为各个系统的总述,我们接下来分段介绍每个阶段的具体控制和标定参数

 

3.1待机准备阶段

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待机状态是随着车辆上电的全车自检完成的,尿素系统可以正常进行工作的条件必须是以下条件都满足。

①车辆启动后,发动机处于正常运转状态;

②通过尿素温度传感器测量后,尿素罐内的温度大于零下4℃,不满足温度条件时,必须进行尿素箱加热,已达到满足条件。

③无后处理任何相关故障,比如尿素系统和后处理大包组件、传感器、线路连接等故障;

④尿素质量在32.5%±2%的标定范围内(25℃)。

此四项条件为满足预注的条件,条件满足后,尿素系统才能正常进入下一阶段。

 

3.2预注建压阶段

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所谓的预注,就是尿素泵电机开始工作,从1KG压力开始建压的过程。

在UL2.2的建压过程中,又分出两个控制阶段,开环控制和闭环控制阶段。

简单来说,尿素泵开始建压时,尿素泵功率达到最高,以90%的占空比进行工作建压时,为开环控制。由ECM干预控制尿素泵的功率,以较低占空比进行工作建压是为闭环控制。

 

开环控制,建压到6bar,也就是6公斤后,进入闭环控制,在ECM的可控制下,将尿素压力逐步提升至8. 5bar左右。随后,电机将低功率持续工作,维持管道内尿素溶液在压力状态下循环流动,尿素溶液的循环也起到冷却喷嘴的作用。

建压成功,且压力稳定后,尿素系统进入下一个工作阶段

 

3.3 喷射阶段

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喷射控制,也是有ECM进行控制。ECM根据发动机的排温,废气流量,氮氧化合物含量等计算出喷射量和喷射时机,并命令喷嘴进行喷射。

喷射时,需满足下全部条件:

①管路内尿素压力必须维持在7.5公斤—9.5公斤之间(维修师傅建议压力必须维持在8.5公斤以上才能实现正常喷射),压力不足时,尿素泵加大运转功率,增加尿素压力。

②后处理SCR前端和后端温度传感器的测量平均值在200℃以上。也就是说,尾气温度达到200摄氏度时,才会喷射尿素。

③尿素喷射系统无故障。

④发动机原排尾气的氮氧含量超过一定值(需要进行净化的2G/kw*h)。

由于后处理管路中尾气温度较高,当尿素喷嘴在高温下持续喷射后,ECM会控制尿素喷嘴暂停喷射,执行延迟喷射阶段。

 

3.4 延迟喷射阶段

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ECM根据排气温度传感器的测量值决定是否控制喷嘴进入延迟阶段。其触发条件只有一个,就是SCR前端尾气温度高于450℃时,喷嘴会暂停喷射。

 

依靠通过喷嘴的循环尿素溶液对喷嘴进行冷却。最长时间持续10分钟,循环冷却的尿素压力在8.5公斤左右。延迟完成后,尿素泵电机进行停机冷却。

3.5关闭阶段

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尿素泵的关闭阶段,并不只是车辆停机后的系统关闭,当车辆正常运行,而尿素泵或者喷射阀供电出现故障时,系统也会进入关闭阶段,即停机。

 

当以下三种情况时,系统进入关闭阶段:

①供电系统出现故障,尿素供给系统主要组件断电时;

②发动机停止运转;

③系统温度过低,低于零下11℃。

系统关闭后,尿素溶液在已有的压力下,回流至尿素箱,这就是此款尿素泵的自然泄压。

同时因为是自然泄压,尿素压力无法达到0公斤,只能略低于大气压力1公斤,因此,管路中会残留大量尿素溶液,在低寒地区,非常容易因此结晶堵塞的故障。

最后,通过一张图表来总结一下,各个阶段中,尿素供给系统中组件的状态。

微信图片_20211119104353

PART4
总结回顾

①五个阶段:准备阶段、预注建压阶段、喷射阶段、延迟冷却阶段、系统关闭阶段;

②主要组件:泵电机、喷射阀、尿素箱、ECM;

③建压阶段分两个部分,开环建压,目标值6公斤;闭环建压,目标值,8.5公斤;稳压在8.5--9.5公斤之间;

④排气温度达到200摄氏度时尿素开始喷射,在喷射阶段尿素压力稳定在8.5公斤;

⑤SCR前排气温度达到450摄氏度时,系统进入延迟冷却阶段,尿素喷嘴不进行喷射,尿素泵电机持续运转,维持尿素管路中溶液的压力和循环流动,对喷嘴进行冷却,最长时间10分钟;

⑥尿素泵没有专门的清空阶段,系统关闭停机后,靠尿素溶液的压力自然泄压,泄压至1公斤以下;

 

好了,这是关于UL2.2的全部工作原理,了解更多卡车维修知识,请关注卡车维学院公众号和小程序。

下期我们了解一下解放的气驱尿素泵,下期再见。





 
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