基于SCR系統中電加熱尿素管的技術現狀及發展趨勢

摘 要：汽車的節能環保已作為一個世界性的課題在全球范圍內為人們所重視，我國隨著柴油車國IV排放法規的全面實施，選擇性催化還原（簡稱SCR）技術也逐漸應用于我們的生活和生產中。尿素管路成為SCR系統的組成部分，由于尿素液的低溫結晶，開發出帶加熱性能的尿素管路。文章詳細介紹了目前柴油車電加熱尿素管的研究進展，總結了電加熱尿素管的研究情況，指出目前系統存在的問題，并提出相應的解決方法。

關鍵詞：柴油機；SCR系統；尿素結晶；電加熱尿素管

1 SCR系統簡介

1.1 SCR系統工作原理

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。基本原理是以氨氣作為還原劑，在催化劑的作用下將柴油機排氣中有害的NOx轉化為無害的氮氣（N2）和水蒸氣，其中發生的化學反應相當復雜，主要反應的化學方程式如下：

（NH2）2O+H2O→CO2+2NH3

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+2NO+4NH3→4N2+6H2O

1.2 SCR系統的組成結構

SCR系統由尿素箱總成、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內部流動的管路，電加熱尿素管路系統共有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）。為了阻止尿素轉換成氨氣揮發及管路損壞，管路不要靠近如何發熱的部件，平均循環溫度不能超過50℃，超過60℃時的最大允許時間是700h，溫度絕不允許超過70℃。管路直徑按照后處理廠商要求設計，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為-11℃，因此，在環境溫度低于此溫度的地區，SCR系統需要啟動SCR管路加熱系統，對尿素管路里面尿素水溶液進行加熱。這樣即使在低溫環境下尿素水溶液也能解凍變成液體狀態，從而使整個系統能正常工作。

2.2 組成結構和工作原理

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。當環境溫度低于-5℃條件下，由控制裝置使用車載電源（24V）對其進行加熱，持續對管路進行加熱，防止尿素溶液在低溫環境下結晶。

3 電加熱尿素管的發展現狀

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。優點：結構簡單，工藝方便在非加熱的基礎上增加加熱功能，功率穩定，能匹配不同要求的單位長度功率，能匹配不同要求的接線方式（并串聯），缺點：加熱不夠均勻，存在加熱盲區。

3.2 熱敏電阻材料

本結構分為多層管路結構（圖2），內層由耐尿素材料組成，中間是加熱層，外層由保溫材料覆蓋。優點：熱層發熱為環向加熱，加熱均勻、能匹配各種長度，能做各種形狀的異形管路，在管路布置方面更有優勢，接頭和管路都有過溫保護，使用壽命長。缺點：產品擠出工藝復雜，生產成本高。

3.3 可加熱膠管

這種可加熱膠管，內裝有三元乙丙橡膠（EPDM）內襯，兩個電熱導體裝在滌綸網紗上以起到傳導壓力的作用，繞在膠管上。優點：產品容易彎曲，適應不同裝車環境，管路不需要成型。缺點：產品工藝復雜，生產成本高。

4 現行電加熱尿素管存在的問題

電加熱尿素管作為一種新技術，能有效解決尿素溶液低溫結晶的難題。但是距離大規模批量生產還有很長的路要走，目前電加熱尿素管結構存在的問題有以下幾點：

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

（2）狹小空間尿素管的裝配還存在缺陷。當連續出現轉彎半徑相切的管路，現有工藝無法滿足裝車，由于整車空間限制，后續尿素箱和尿素泵將整合為一體，對尿素管匹配提出更高要求。

（3）低溫解凍效果有待提高。當溫度低于-30℃以下時候，加熱解凍時間比較長，這方面的性能有待提高，才能適應極寒地區，有利于整車出口到寒冷地區的國家，提高綜合競爭力。

5 建議與展望

為了盡快解決使用上的缺陷，作者認為：

（1）應加快電加熱尿素管加熱材料的研究開發，提高加熱性能，才能提高企業的核心競爭力。

（2）盡快出臺相應的國家標準，加大對相應企業的扶持力度，這有利我國環境的改善。

（3）針對目前低溫電加熱尿素管的性能開發和應用情況，應加大這一方面的進一步研究，以期開發出適應市場應用的產品。

參考文獻

[1]王哲.SCR的技術現狀及發展趨勢[J].應用技術，2010（31）：288.

[2]梁東遠.基于SCR系統的輕卡國四排放分析[J].汽車實用技術，2014（1）：65-69.

[3]張建才.基于柴油機排氣后處理的排放控制技術應用研究[J].汽車實用技術， 2015（8）：56-59.

作者簡介：陳書杰（1984-），2005畢業于武漢船舶職業技術學院，現代汽車檢測，05到10年供職無錫格爾頓傳動軸有限公司，10年至今供職上海亞大汽車塑料制品有限公司，產品開發。