SCR后處理系統建壓失敗故障排查方法解析

江蘇省相城中等專業學校 趙 偉

SCR（選擇性催化還原）后處理系統建壓失敗是一個涉及范圍廣、影響因素眾多的故障，電路、管路、機械部分等都有可能影響尿素泵建壓。本文以博世EDC17C81系統配博世6.5尿素泵為例，解析SCR后處理系統建壓失敗故障排查方法。

1 博世6.5尿素泵簡介

博世6.5尿素泵是博世公司推出的一款無氣式尿素泵，與博世2.2尿素泵相比，博世6.5尿素泵降低了尿素泵的工作壓力（從900 kPa降為500 kPa）。目前已經裝車的博世6.5尿素泵有兩種：24 V泵主要安裝于中、重型柴油車，線束接口處注塑標識為“24 V”，代表泵電機工作電壓為24 V；12 V泵主要安裝于輕型柴油車，線束接口處注塑標識為“12 V”，代表泵電機工作電壓為12 V。

1.1 博世6.5尿素泵的內部結構

（1）電機及單向模塊。如圖1所示，電機工作室，隔膜做往復運動將尿素液吸入泵內。圖1中的藍色箭頭指示低壓尿素液流向，黃色箭頭指示高壓尿素泵流向。尿素單向模塊的進液單向膜片是只進不出，出液單向閥是只出不進。

圖1 電機模塊的工作

（2）倒吸閥模塊。執行排空時，泵電機停止，倒吸閥工作，如圖2所示，藍色箭頭代表尿素在泵內的流向。隔膜做往復運動，帶動單向膜片工作，將噴射管路尿素抽回，再通過回液管回流至尿素箱。單向膜片的作用是控制尿素液在倒吸閥進口只進不出，在倒吸閥出口只出不進。

圖2 倒吸閥模塊的工作

兩種博世6.5尿素泵執行部件參數有所不同，具體見表1所列。

表1 兩種博世6.5尿素泵執行部件參數

1.2 博世6.5尿素泵的工作狀態

博世6.5尿素泵的工作原理整體上分為待機階段、預注建壓階段、噴射階段和清空階段，但實際執行過程與博世2.2尿素系統不一樣，內部結構也不一致，且計量噴射泵內部配件不能共用。

（1）待機狀態。在待機狀態下，尿素泵通電但不工作，此時泵電機、倒吸閥不動作，尿素壓力傳感器固定采集到一個1 bar（1 bar=100 kPa）以內的初始壓力，用萬用表測量泵端子8與端子9之間的電壓，會有0.8 V左右的電壓。

（2）建壓狀態。泵開始吸尿素建壓，將噴射管路內的壓力提高到5 bar以上。建壓過程的泵外尿素流向如圖3所示。如圖4所示，泵電機運轉，將尿素箱內尿素液通過進液口吸進泵內，尿素液到達電機膜片后，通過膜片下方另一個口進入濾芯過濾。經過過濾的尿素在濾芯腔內流過尿素壓力傳感器后，一路尿素液通過噴射口與濾芯腔之間的出口從噴射口流出至噴嘴，另一路尿素液流至倒吸閥進口，經過倒吸閥內部膜片后從倒吸閥出口流出。由于倒吸閥出口直接連接泵回液接口，因此流出倒吸閥的這部分尿素液通過回液口流回了尿素箱。在回液閥的限壓作用下泵內尿素壓力不斷升高，當達到5 bar以上后且壓力能一直維持，則進入等待噴射或直接進入噴射狀態。建壓過程中，噴射接口外接的噴嘴也會打開，噴射管路內空氣排出，尿素液流入。

圖3 建壓過程的泵外尿素流向

圖4 建壓過程的泵內尿素流向

（3）等待噴射或噴射狀態。該過程泵電機持續運轉，維持泵內的尿素壓力在5 bar以上，尿素液的流向同建壓時一樣，在噴射狀態時泵噴射口外接的噴嘴也同時動作。

（4）排空（倒吸）狀態。排空狀態時的泵外尿素流向如圖5所示。如圖6所示，泵電機停止運轉，電機下方的2個尿素通道集成的單向閥關閉不通；倒吸閥開始動作，在內部膜片的作用下將噴射管路內尿素抽回尿素泵，再通過回液口流回尿素箱。

圖5 排空狀態時的泵外尿素流向

圖6 排空狀態時的泵內尿素流向

2 博世6.5尿素泵建壓失敗原因分析

尿素泵建壓失敗的原因可概括為漏（密封件）、堵（濾芯、濾網）、舊（橡膠件、密封圈）。博世6.5尿素泵在建壓時將尿素溶液從尿素罐吸入到尿素泵內，尿素溶液經過吸液接頭→電機→濾芯→壓力傳感器→噴射接頭（回液接頭）。預注建壓的泵內液體流動過程：吸液接頭濾網→壓力平衡單元→單向閥板（進口）→電機隔膜→單向閥板（出口）→濾芯→單向節流閥、壓力平衡膜片、回液接頭（壓力傳感器、噴射接頭）。

（1）吸液接頭。吸液接頭內有濾網，最容易出現的故障是堵塞，導致建壓失敗。吸液接頭內有濾網，對尿素內的雜質初步過濾，保護泵內零部件。泵在長時間使用后，濾網會積累很多雜質，增加吸液阻力和壓力損失，影響吸液效率，造成建壓失敗；同時，還會加快泵內零部件的磨損，需要按時更換。如果尿素溶液質量差、雜質多，會加快接頭的堵塞，影響吸液效率。從外觀上無法直接觀察到堵塞情況，如果感覺吸液緩慢或者直接建壓失敗，需要考慮吸液接頭堵塞的情況。另外，吸液接頭暴露在外面，難免會發生磕碰和損壞，密封性下降。如果表面出現裂紋和損傷，也會出現漏液和建壓失敗的可能。噴射接頭漏液也會發生類似的情況。

（2）單向閥板。單向閥板的作用是在建壓過程中控制液體的流動方向，與電機配合可實現尿素溶液的單向流動。單向閥板實現單向功能主要依靠的是2個橡膠件的密封作用，橡膠件的壽命與它的材料、使用溫度、壓力關系很大。橡膠件長期使用或其他故障造成老化，會造成尿素泵吸液能力下降，嚴重時會出現建壓失敗的現象。還有，如果吸液接頭和尿素箱內濾網出現破損，雜質顆粒會積存在橡膠件周圍，影響密封性和吸液效率。單向閥板容易出現密封不嚴，無法起到單向密封作用，會出現吸液緩慢或無法吸液現象，導致建壓失敗。

（3）電機。電機是尿素泵最關鍵的零部件，由O形圈、偏心輪、連接桿、主軸承、連接桿軸承、彈性軸承、泵支架、螺釘、電機定子（含PCB板）、電機轉子和驅動膜片（隔膜）組成。該機構通過無刷直流電機旋轉，使同軸連接的偏心輪帶動膜片往復運動，從而控制管路內壓力。該機構為智能執行器（Intelligent actuator），其控制電路不僅可以接收ECU以PWM形式傳來的轉速信號，完成電機的驅動功能，還可以通過PWM信號向ECU傳遞溫度和故障信號。電機的主要故障有：軸承磨損老化、驅動膜片老化變形、電機PCB板元器件老化或損壞。其中，電機PCB板損壞會導致電機工作異常或者停轉，是主泵最易損壞的部位。由于PCB板沒有保護外殼，安裝位置距尿素泵頂蓋很近，一旦頂蓋受到嚴重撞擊或者泵內環境潮濕，很容易出現損壞。電機驅動膜片長時間拉伸、壓縮、與支架摩擦，會逐漸老化變形，彈性下降，增加電機功率損失，降低電機的吸液能力。電機沾水易發生短路燒毀，所以尿素泵在維修完畢后，一定要清理干凈泵內的水滴，用氣槍吹干凈再安裝上下蓋，因為安裝完畢后內部的水分是不容易揮發出來的。

（4）濾芯。濾芯是阻斷尿素雜質流向噴嘴和回液閥的最后一道關口，如果濾紙破損或者脫落，濾芯自身雜質則會很容易堵塞噴嘴和回液節流閥。濾芯經過長時間的過濾和浸泡，堵塞會越來越嚴重，壓力損失增加，建壓時間延長，嚴重時會導致建壓失敗。即使使用的尿素質量合格，濾芯在長時間使用后也會出現堵塞現象，需要3個月更換1次。

（5）壓力傳感器。壓力傳感器在測試時如果壓力值停止在某一數值，毫無變化，那就說明壓力傳感器有故障，壓力值（或信號針腳電壓值）持續增加并維持在500 kPa以上，才能建壓成功，因此在建壓過程中要觀察壓力值的變化，僅僅30 s左右的時間即可，如果壓力達不到500 kPa，那就建壓失敗了。壓力傳感器正面有一個通氣孔，直接連接外界空氣（泵內），如果該孔堵塞或者頂蓋透氣塞堵塞，壓力信號會受到一定的影響，不能反饋正常壓力信號，嚴重時會報壓力異常或造成尿素泵建壓失敗。壓力傳感器內部電子元器件容易出現故障，壓力傳感器無法正確測量尿素壓力，導致建壓失敗。

（6）單向節流閥（回液閥）和清空泵（電磁閥）。單向節流閥位于殼體的回液管路內，與清空電磁閥協調工作，將液體回路分割為高壓回路和低壓回路。建壓階段，尿素通過單向節流閥泄壓，經過回液接頭和尿素管后流入尿素箱。建壓階段，清空電磁閥的彈簧將驅動膜片壓緊在膜片上蓋，封閉低壓回路。由于驅動膜片與閥體之間配合間隙小，一旦生銹、卡滯或者安裝不當，會造成封閉不嚴，無法建立尿素壓力，出現漏液或者建壓失敗的情況。定位套的作用是限制單向節流閥的位置，防止密封圈漏出造成的密封失效。單向節流閥的小濾網能夠阻攔泵內雜質，小濾網阻塞嚴重會使得泵內壓力飆升；嚴重時，尿素壓力克服彈簧阻力泄壓，通過低壓回路流入回液管路，對尿素泵殼體和電器件進行保護。車輛在停車時，尿素泵會進入清空階段，對泵內的尿素溶液泄壓和清空。如果操作不當或者過早斷電，會使得尿素泵清空不徹底，單向節流閥內形成尿素結晶，造成堵塞，導致建壓不成功。單向節流閥堵塞后可以用溫水浸泡，使尿素溶解后繼續使用；如果結晶嚴重，需要果斷更換單向節流閥。

（7）加熱板。加熱板負責泵內的解凍和控制泵內的溫度，電加熱高效、穩定，對尿素溫度可控性好。在寒冷地區或者低溫天氣，如果加熱板損壞或加熱效率下降，會造成尿素泵解凍不完全、建壓不成功的情況。加熱板上有一個過熱保護裝置，對加熱電阻起到一定的保護作用，防止高溫對加熱板使用壽命的影響。如果加熱保護裝置失效，尿素泵會過度加熱，尿素溫度偏高（電機可以監測加熱電阻絲溫度）。

（8）針腳。在進行測試尿素泵之前先要觀察引線框針腳是否斷掉或者虛接，如果有問題就需要立即更換。針腳虛接會造成電機轉速波動大或異常、壓力信號不穩，影響尿素泵的正常工作；車輛行進過程中或大負荷工作（加熱或高噴射量）時，可能會造成電火花或高溫燒毀，發生危險。針腳最容易出現的故障是斷裂或銹蝕，它可能導致尿素泵建壓失敗。另外，尿素泵在整車上的安裝方向、整體系統的布局也會對尿素泵建壓有一定的影響，要注意定期維護。

3 SCR后處理系統建壓失敗故障排查方法

3.1 壓力建立過程中建壓失敗分析

（1）故障出現原理。在建壓過程中，若出現壓力在單位時間內（35 s）達不到要求值，那么后處理狀態就會從建壓階段跳變為倒抽（考慮到管路內部的空氣影響），倒抽一段時間之后會再次建壓，若倒抽2次依舊不成功。系統就會報出建壓失敗故障（P3040 SCR系統建壓失敗故障）。

（2）排查過程。在保證無電器故障代碼的前提下，將原車尿素管路短接略過原車尿素管路及尿素箱，將發動機排氣溫度提高到180 ℃，此時尿素泵應該開始嘗試建壓。若此時尿素泵可以正常建壓，那么排查原車管路、尿素箱內管路及尿素箱內濾網。若此時依舊不能建壓，而且故障診斷儀上數據流中顯示泵的占空比已經最大78%工作，那么拆下泵進液口濾網看是否堵塞，檢查尿素泵濾芯，檢修或更換尿素泵。

3.2 壓力檢測過程失敗：回流檢測

（1）故障出現原理。在壓力建立之后，系統會檢測回流是否通暢。具體檢測邏輯如下：壓力在110 kPa左右，系統會讓回流泵工作，此時壓力必須在單位時間內降到要求值以下，若無法完成，系統會再次嘗試，次數達到一定數量之后，回流管堵塞故障（P20A0 回流管堵塞故障）會報出。

（2）排查過程。在保證無電器故障代碼的前提下，將原車尿素管路短接略過原車尿素管路及尿素箱，將發動機排氣溫度提高到180 ℃，此時尿素泵應該開始嘗試建壓。若壓力可以建立并且最終穩定在500 kPa左右，那么排查原車回流管路是否彎折、堵塞。若此時依舊不能建壓成功，而且報出故障代碼P20A0（回流管堵塞故障），則觀察故障診斷儀回流泵占空比，若是已經工作在最大占空比（故障診斷儀泵的占空比最大為67%），那么可以判斷為回流泵失效，進行檢修或更換尿素泵。

3.3 壓力檢測過程失敗：穩定檢測

（1）故障出現原理。在回流檢測完成之后，系統會進入壓力檢測穩定檢測過程：系統要求在6 s內泵壓要穩定在850 kPa~950 kPa，系統允許最長累計時間為50 s，如在50 s內失敗，在單位時間內去檢測壓力波動，如果在允許范圍之內，則檢測通過，若有異常波動錯誤，故障代碼P3054（SCR系統壓力波動過大故障）會報出。

（2）排查過程。該錯誤通常由于系統在吸液過程中存在異常，例如有氣柱進入導致壓力驟變太大引起，建議檢查進液管路是否有漏氣現象。

3.4 壓力檢測過程失敗：壓力下降檢測

（1）故障出現原理。在壓力穩定檢測時，系統會對尿素噴嘴進行短暫的加電（占空比為100%），此時壓力必須快速下降到要求值以下。若此過程出現問題，則報尿素噴嘴堵塞故障的故障代碼P3053（SCR系統尿素壓力管或尿素噴射單元堵塞故障）。

（2）排查過程。將從泵到尿素噴嘴管路使用透明管短接，在壓力下降階段檢測壓力變化。若故障不再出現，則檢查原車壓力管是否存在堵塞；若故障依舊出現，則檢查尿素噴嘴是否結晶（圖7），對尿素噴嘴進行清洗。

圖7 尿素噴嘴上有尿素結晶

3.5 壓力檢測過程失敗：閉環壓力檢測

（1）故障出現原理。減壓完成之后系統就會進入壓力閉環控制過程，壓力保持在900 kPa左右，在此過程中，如果壓力高于或者低于指定限值，并且單位時間之內無法降下或者升高，那么系統就會報出故障代碼P20FE （SCR系統噴射時壓力過高故障/SCR系統噴射時壓力過低故障。

（2）排查過程。在保證無電器故障代碼的前提下，將原車尿素管路短接略過原車尿素管路及尿素箱，將發動機排氣溫度提高到180 ℃，此時尿素泵應該開始嘗試建壓。若壓力出現驟變，瞬間降低，那么注意觀察透明管路中是否存在長氣柱；若壓力出現驟變，瞬間升高，那么檢查尿素噴嘴透明管路是否彎折或者尿素噴嘴是否結晶，對尿素噴嘴進行清洗。

3.6 壓力檢測過程失敗：降壓檢測

（1）故障出現原理。在系統完成工作之后會進行倒抽，要求在單位時間之內壓力必須降低到規定值以下，然后再將管路中的尿素殘留回抽干凈。在回抽過程中，尿素噴嘴一直處于打開狀態。

（2）排查過程。將車輛尿素管路短接，在無電器故障代碼前提下，觀察壓力下降。如果壓力下降緩慢，單位時間之內無法降到要求值以下，而且回流泵占空比在最大狀態，那么需要檢查尿素噴嘴是否結晶及回流泵是否失效。如果壓力下降正常，無報錯，那么需要檢查原車回流管路及壓力管路是否正常。

3.7 超3.5 g/kW·h和超7 g/kW·h故障分析

（1）故障出現原理。在特定的工況下，系統會對排放進行監控。具體監控如下：系統會根據NO傳感器測量到的實際值和模型計算得到的原排值進行換算，從而得到一個NO處理效率，然后對這個效率進行長期監控（并非瞬時）。如果系統發現在很長時間內NO處理效率一直處于很低，就會報錯，并且經過3個駕駛循環之后進行亮燈及限扭矩策略。

（2）排查過程。使用故障診斷儀檢測系統是否報出其他故障代碼，如果有其他故障代碼，則根據故障代碼進行檢修。用尿素濃度檢測儀測量尿素濃度（正常在32.5%左右），若不合格，則更換尿素，并拆下尿素噴嘴檢查尿素噴嘴是否結晶堵塞，檢查尿素噴嘴安裝孔是否存在大量結晶，若堵塞，清洗噴嘴或者安裝孔。若依舊不能解決問題，則排查發動機燃燒相關部件，檢修或更換催化器。

3.8 尿素泵加熱故障ADC信號轉化錯誤

（1）故障出現原理。系統在尿素泵加熱時會對尿素泵加熱繼電器進行監控，芯片會監控K65端子的電壓，若在加熱時電壓大于1 500 mV，則系統就會報出尿素泵加熱ADC信號轉化錯誤（故障代碼P263D）。隨后在SCR系統加熱時，加熱部件發生故障而引起的SCR系統停機（故障代碼P05F8）也會報出，車輛運行便會限制扭矩（故障代碼P110E）。

（2）排查過程。將控制尿素泵加熱繼電器的搭鐵端子單獨拉一根線進行搭鐵，在低溫情況下，起動發動機，用萬用表檢測端子K65處的電壓。若電壓正常（距離1 500 mV差距很大，例如只有600 mV~800 mV），則說明原車線束存在問題，應檢查原車線束電阻或者搭鐵點。

另外，如圖8所示，系統在工作時會對端子K72的電壓進行監控。在不同異常電壓范圍會報出相應錯誤。當SCR主繼電器導通時，端子K72的電壓低于2 V（實測約1.7 V），報SCG故障；當SCR主繼電器導通，端子K72的電壓大于8 V，報SCB故障；當SCR主繼電器導通，端子K72的電壓等于3.5 V，報OL故障。SCR系統建壓失敗，有可能是在端子K72與尿素泵電器接頭端子6之間的線束出現對搭鐵短路的情況，或者是系統運行過程中出現斷路的情況。如圖9所示，當系統運行過程中出現斷路情況時，在主泵邊會形成回路，此時端子K72電壓實測為1.7 V左右。在車輛運行過程中偶爾可能出現主繼電器或者熔絲松動的情況造成報錯，建議檢查主繼電器熔絲，應保證無松動。

圖8 端子K72的電壓監控

圖9 系統運行過程中出現斷路情況