某長頭重卡集成化尿素箱分裝系統設計

楊含笑，劉凡，李會，付磊，張婉盈，馬學成

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

引言

隨著重型卡車的發展及國家法規的調整，長頭重卡因其安全性及燃油經濟性重新獲得了各大主機廠的關注；同時環境污染問題日益嚴重及國 VI階段排放法規的實施，對重型卡車排放性能提出了更高的要求[1][2]，目前主流廠家仍將選擇性催化還原技術（Selective Catalyst Reduction，SCR）作為消除氮氧化物（NOX）的主要技術方法[3]。

SCR后處理工作原理為噴入后處理箱體的尿素水溶液高溫分解為NH3并與NOX反應生成氮氣和水。隨著發動機工況的變化，NOX排放量也會不同。如果過量噴入還原劑會導致多余的NH3隨廢氣排入大氣，造成二次污染及還原劑浪費；還原劑噴入量過少，則會導致SCR系統NOX轉化效率降低。因此，SCR后處理裝置的尿素供給系統起著至關重要的作用[4][5]。

考慮長頭車布置緊湊的結構特點，本文設計一款國 VI階段集成式尿素箱分裝系統。開發輕量化尿素箱支架將異型尿素箱、尿素品質傳感器及尿素泵集成化安裝布置，滿足整車布置邊界并通過仿真分析其可靠性。

1 SCR后處理尿素供給系統工作原理

針對長頭車特殊布置形式即尿素箱布置于駕駛室下側，側面由駕駛室側裙包裹，本文選擇結構相對簡單的電機驅動電控噴射系統擬設計一款具有維修便利性的尿素供給系統，如圖1所示。

電控尿素噴射系統主要包括尿素箱、尿素品質傳感器、尿素泵、尿素噴嘴及相應的管路線束。尿素箱用于存儲32.5%的尿素溶液；尿素品質傳感器用于檢測尿素溶液狀態以保證排放轉化效率；尿素噴射泵用于尿素溶液供給及排空作業。

2 尿素箱分裝系統設計

尿素箱分裝系統主要包括尿素箱、尿素泵、尿素品質傳感器及尿素箱支架。考慮集成化布置需求，自主設計開發異型尿素箱及集成冷卻水電磁閥的尿素品質傳感器，選配BOSCH無空氣輔助式尿素噴射泵，最后設計一套輕量化支架將上述零部件集成化布置，如圖2所示：

圖1 電機驅動電控尿素噴射系統

圖2 尿素箱分裝系統

尿素箱支架總成主要包括尿素箱支架、過渡支架、尿素泵支架及連接板，尿素箱支架總成將尿素箱、尿素品質傳感器及尿素泵集成化布置安裝，同時保證尿素泵濾芯拆卸空間。

3 尿素箱分裝系統仿真驗證

尿素箱分裝系統仿真分析工況包括垂向沖擊、轉彎、制動及模態分析。

表1 尿素箱支架仿真分析數據

表1所示為尿素箱分裝系統在垂向沖擊、轉彎、制動工況下支架最大應力及材料屈服強度，結果表明尿素箱支架滿足設計需求。

圖3 模態分析仿真結果

圖3為尿素箱系統模態分析結果，結果表明尿素箱支架整體及局部模態均滿足設計要求。

4 結語

本文針對某平臺化開發國VI-b階段長頭重卡，設計一款集成化尿素箱分裝系統，自主開發異型尿素箱及集成冷卻水電磁閥的尿素品質傳感器，同時開發一套輕量化支架將分裝系統其余零部件集成安裝布置，最后通過仿真分析驗證其可靠性。