内燃工程机械尾气后处理管路系统设计

内燃工程机械尾气后处理管路系统设计

周宇

（211402199504170616）

摘 要：为解决内燃工程机械中常用的SCR 后处理系统易出现尿素管路故障、喷射装置故障、尿素箱加热装置故障等问题，设计一种内燃工程机械后处理管路系统布置方案。该方案管路布置清晰、连接可靠，易于拆装，大大提高了后处理系统的可靠性和安全性，可为其他技术路线的后处理系统设计提供参考。

关键词：内燃工程机械；后处理管路系统；可靠性；设计

内燃机具有热效率高、转矩大、燃油经济性好等特点，在汽车、轮船、大型装备、非道路机械等领域得到广泛应用。但是内燃机尾气污染严重，是我国空气污染的重要来源，是形成细颗粒物、光化学烟雾污染的重要原因。内燃机厂家为了控制尾气中的氮氧化合物，多数采用选择性催化还原（SCR）技术路线，其中SCR 装置用于氮氧化合物与尿素溶液混合后的气体在催化剂的作用下进行还原反应，使其转化为氮气和水。但由于SCR 装置结构复杂，管路走向曲折，易发生各种各样的故障，SCR 后处理系统无法充分发挥作用，最终导致内燃机尾气排放不达标。本文针对多种故障原因，设计了一种内燃工程机械后处理管路系统布置方案，有效地解决了上述问题。

一、故障原因分析

SCR后处理系统共包括3 段尿素管路，容易出现管路堵塞、管路泄漏及管路弯折3类故障。管路堵塞主要是由于尿素溶液在低温环境下易出现结晶，导致管路出现堵塞，影响尿素喷射和建压，使得尿素泵不能有效提供尿素溶液用于化学反应，造成排放不达标；管路泄漏主要是因为管路接口型号或者接口密封不好，管路出现老化或磨损，导致尿素泄漏；管路弯折过多也会造成尿素建压失败或喷射故障，导致排放不达标。同时由于喷射尿素溶液的装置串联在排气管路系统中，排气管路温度很高，为保证喷射装置的可靠性，需要对其进行降温处理。

SCR 后处理系统中还有给尿素溶液加热的加热系统，加热方式包括水加热和电加热。其中电加热由于继。电器、线束和加热电阻丝较多，导致故障率较高，主要表现为继电器损坏，加热电阻丝开路及线束开路、短路等。水加热有可能出现电磁阀机械故障，比如磨损、卡死等，可能导致尿素箱加热失效，尿素箱温度过低，也可能导致尿素箱持续加热，尿素温度过高，尿素挥发，导致排放不达标。

二、总体方案设计

针对以上故障原因，本文设计了一种内燃工程机械尾气后处理管路系统，这一系统由尿素箱、尿素泵、DRT管和冷却水管路4部分组成，整体结构如图1所示。尿素泵从尿素箱中吸取尿素，再输送到DRT 管。冷却水管路的前端和内燃机冷却水管路贯通连接，将内燃机冷却水管路内的温水输送到尿素箱，对尿素箱内的尿素进行循环加热，同时将内燃机冷却水管路内的温水输送到DRT管，对位于内燃机高温排气系统内的DRT 管内的尿素喷射装置进行冷却。冷却水管路的后端从DRT管的出水口连通到内燃机冷却水管路的回水管路，形成冷却水管路的闭路循环系统。冷却水管路中设有温控电磁阀，用于控制进入尿素箱温水的温度。

三、主要结构及原理

3.1 尿素箱

如图2 所示，尿素箱顶部设有管路集成盖，管路集成盖上设有进水接口、出水接口、吸尿素接口、回尿素接口以及温度和尿素液位传感器。进水接口、出水接口和尿素箱内的循环冷却水路贯通连接，吸尿素接口、回尿素接口和尿素泵的进口、出口贯通连接。温度和尿素液位传感器感应尿素箱内尿素的温度信号，并将温度信号输送到温控电磁阀。尿素箱设有抱箍和托架，抱箍将尿素箱固定在托架上，并通过托架固定在内燃工程机械上。

3.2 尿素泵

如图3 所示，尿素泵设有尿素吸管、尿素回管、尿素供给管和固定支架。尿素吸管、尿素回管分别与吸尿素接口、回尿素接口连接，尿素供给管与DRT 管的尿素进口贯通连接。尿素泵固定在固定支架上，并通过该支架连接到内燃工程机械的机架上。

尿素泵设有正、反转开关，当内燃机熄火时，反转开关打开，管路中未及时消耗的尿素溶液吸回尿素箱。

3.3 DRT管

如图4 所示，DRT 管设有DRT 管进水口、出水口和尿素进口。DRT 管进水口与内燃机冷却水管路贯通连接，DRT 管出水口连通到内燃机冷却水管路的回水管路，DRT 管尿素进口与尿素供给管贯通连接。

3.4 冷却水管路

冷却水管路设有总进水管，总进水管一端贯通连接内燃机冷却水管路，另一端连接第一Y 型接头的一个端口，第一Y型接头另两个端口分别贯通连接连通管和尿素箱进水管。连通管的另一端口和尿素箱出水管的端口和第二Y 型接头的两个端口贯通连接，第二Y 型接头的另一个端口贯通连接DRT 管进水管的一端，DRT 管进水管的另一端与DRT 管进水口贯通连接。DRT 管出水口贯通连接DRT 管出水管的一端，DRT 管出水管的另一端与内燃机冷却水管路贯通连接。尿素箱进水管中间串联一个温控电磁阀。冷却水管路上设有管路固定架，通过管路固定架将冷却水管路固定到内燃机的机体上。

四、具体工作过程

工作时，尿素泵从尿素箱中吸取尿素，再输送到DRT管。冷却水管路前端的总进水管一端贯通连接内燃机冷却水管路，此处的冷却水水温为80～90 ℃，将内燃机冷却水管路内的温水输送到尿素箱，对尿素箱内的尿素进行循环加热，进入尿素箱温水的温度由冷却水管路中的温控电磁阀控制。同时将内燃机冷却水管路内的温水输送到DRT 管，对位于内燃机高温排气系统内的DRT 管（温度通常在500～600 ℃）内的尿素喷射装置进行冷却，冷却水管路的后端从DRT 管的出水口连通到内燃机冷却水管路的回水管路，形成冷却水管路的闭路循环系统。

五、结束语

本文针对内燃工程机械中常用的SCR 后处理系统易出现尿素管路故障、喷射装置故障、尿素箱加热装置故障等问题，设计了一种内燃工程机械后处理管路系统布置方案。相比现有的SCR 后处理管路系统，本文设计的后处理管路系统具有以下优点：

（1）利用内燃机缸套里的温水对尿素箱里的尿素溶液进行加热，可避免低温环境下尿素溶液结晶导致后处理装置不能有效处理尾气。

（2）设有温控电磁阀，可根据温度要求控制管路实时通断或开度，并控制冷却液流量大小。

（3）冷却水管路系统里的温水对DRT 管进行冷却，可确保喷射装置可靠性，其连接接头用即插式的快插接头，易于连接和维护。

（4）所用的尿素泵为电控泵，在内燃机熄火时，控制器控制尿素泵反转，可以把管路中未及时消耗的尿素溶液吸回尿素箱。

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