2017年寶馬新5系動力傳遞系統新技術剖析（六）

楊 明 劉克江

超聲波傳感器通過一根帶狀導線與電子傳感器單元相連。在傳感器單元內將超聲波數值轉化為一個 SENT協議，SCR 控制單元可對該協議進行處理。

在“停留-駐車-行駛”狀態下，組合式尿素與水的混合物（AdBlue）質量傳感器/液位傳感器處于啟用狀態。

應避免加注過量。使用 KRUSE瓶/泵站或維修加注軟管加注時應確保罐內保留規定空隙。該空隙可確保基于運行時間測量的液位傳感器可提供一個測量結果。如果在上部液位與罐殼體之間沒有空隙，就無法正確反射聲波，從而導致液位傳感器功能故障。

壓力監控：

使用一個測量范圍為-100～1300kPa的組合式壓力和溫度傳感器來監控 SCR3系統壓力。壓力傳感器測量值發送至電子傳感器單元內的一個電子分析單元。在傳感器單元內將壓力值轉化為一個 SENT協議，SCR 控制單元可對該協議進行處理。 在“停留-駐車-行駛”狀態下，壓力傳感器處于啟用狀態。

SENT 協議：

單邊半字節傳輸 SENT 是汽車行業用于傳感器和控制單元通信的標準化簡單數字接口。 它是一個單向異步電壓接口，僅需 3 根導線。分別用于普通 5 V/12 V 供電電壓、信號電壓和接地連接。SENT 協議特性簡單，對干擾信號不敏感。另一個優點是，經過傳感器內的 A/D 轉換后數據以數字形式存在，可由控制單元直接進行進一步處理。

4.警告和關閉情況：

SCR 系統對于排放法規而言非常重要。它滿足一項獲得批準的重要前提條件。如果系統失靈，則批準失效且不再允許車輛繼續運行。有一種情況肯定會導致系統失靈，就是儲備的尿素與水的混合物（AdBlue）用完。

由數字式柴油機電子系統 DDE控制關閉情況。為了不使駕駛員感到意外，會顯示警告和關閉情況。車輛停止運行前足夠長的時間時便開始顯示，以便駕駛員自行或讓相關人員加注尿素與水的混合物（AdBlue）。根據歐洲法規要求，必須在剩余可達里程為2400km時初次警告。

警告等級 1：

在任何情況下2.4L剩余量都足夠行駛 2400km。駕駛員收到一條優先級為 1 的檢查控制信息（白色），此時不顯示剩余可達里程。 檢查控制信息：“AdBlue儲備量”，如圖37所示。

圖37　警告等級為 1 時組合儀表內的檢查控制信息

同時還通過中央信息顯示屏 CID顯示處理說明：“ AdBlue儲備量。可以繼續行駛。注意剩余可達里程。盡快添加 AdBlue。更多信息參見用戶手冊。”

警告等級 2：

如果降至液位“排空”以下，駕駛員會收到一條優先級為2的檢查控制信息（黃色）。在此顯示“添加”和剩余可達里程（km）。此時主動罐內還有約1.6L，通常情況下可行駛約1600km。但實際上只顯示可達里程為800 km，以留出安全儲備量。 檢查控制顯示：“加注 AdBlue，可達里程為800km” ，如圖 38所示。

圖38　警告等級為 2 時組合儀表內的檢查控制信息

同時還通過中央信息顯示屏 CID顯示處理說明： “AdBlue達到最低。” “注意剩余可達里程。立即添加 AdBlue，否則無法再啟動發動機。更多信息參見用戶手冊。”

警告等級 3 ：

與燃油表相似，可達里程降至0時顯示3條虛線替代剩余可達里程。

關閉情況：可達里程為0時禁止再次啟動發動機，但僅限發動機關閉3min以上時。這樣可排除危險情況。

通常情況下剩余0.8L對于以下情況而言為安全儲備量：

◆車輛已加滿燃油且以非常低的尿素與水的混合物（AdBlue）可達里程啟動（例如1km）。尿素與水的混合物（AdBlue）可達里程為0，但車輛仍可繼續行駛至下次發動機關閉。在此情況下仍可確保車輛行駛時SCR 系統正常工作

◆還有一項法規要求，如果 SCR控制單元識別出罐內已排空（主動罐內尿素與水的混合物（AdBlue）不足 0.8 L且壓力建立故障導致設置禁止啟動的因素），SCR 控制單元就會向數字式柴油機電子系統 DDE 發送該信號。隨后立即將剩余可達里程降至50km并以線性方式進行每千米倒計數。

如果禁止發動機啟動后才進行添加，則在此特殊情況下改變加注識別邏輯從而加快進行速度。就是說，如果主動罐已排空，則只需重新加注尿素與水的混合物（AdBlue），最多3min后（必須識別出添加過程）就會重新對關閉情況進行復位。

對于提供PWF（駐車/停留/行駛）的車輛，在停留狀態下SCR 3的SCR控制單元處于啟用狀態，但約10s后由部分網絡運行模式關閉。為確保可靠添加，必須通過PAD狀態啟用SCR控制單元。為此需要快速連續操作START/STOP按鈕3次。

錯誤加注：

加注了錯誤介質時通過質量傳感器的質量監控顯示出來。即使尿素與水的混合物（AdBlue）噴入射量足夠，幾百千米后也會通過廢氣中氮氧化物數值升高顯示出這種情況。如果超過特定限值，系統就會識別出錯誤介質。從這個時刻起通過一條檢查控制信息顯示出來（不顯示剩余可達里程或剩余可達里程縮短）。

系統故障：

5. 車載診斷系統功能

數字式柴油機電子系統 DDE還負責監控所有與廢氣有關的系統是否正常運行。這項任務稱為車載診斷系統 OBD。如果車載診斷系統記錄了一個故障，則啟用排放警告燈。

（1）SCR催化轉換器

SCR催化轉換器的效率通過兩個氮氧化物傳感器監控。

在SCR催化轉換器前后測量氮氧化物質量并得出特定時間內的總值。將實際還原值與存儲在數字式柴油機電子系統 DDE 內的計算值進行比較。

為此必須滿足以下條件：

◆氮氧化物傳感器可信

◆計量功能啟用

◆環境溫度在規定范圍內

◆環境壓力在規定范圍內

◆柴油顆粒過濾器再生功能未啟用

◆SCR 催化轉換器溫度在規定范圍內（主要通過 SCR 催化轉換器前的廢氣溫度傳感器進行計算）

◆廢氣氣流在規定范圍內

監控功能包括 4 個測量循環。如果實際值小于計算值，則設置一個可逆的故障碼。如果在 3 次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障碼并啟用排放警告燈。

為在較長時間內確保 SCR 催化轉換器的效率在此使用計量量調節功能，在此期間調節尿素與水的混合物（AdBlue）計量量。為進行相應調節，在此將 SCR 催化轉換器后的氮氧化物傳感器信號與一個計算值連續進行比較。如果二者存在差異，就會短時調節計量量。在此對調節系統性進行分析并對計量量施加一個校正系數。

如果校正系數超過規定限值，則設置一個可逆的故障碼。如果在 3 次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障碼并啟用排放警告燈。

為確保SCR催化轉換器正常運行，需要提供尿素與水的混合物（AdBlue）。

SCR催化轉換器達到特定溫度（主要通過SCR催化轉換器前的廢氣溫度傳感器進行計算）后，計量控制系統會嘗試在計量管路內建立壓力。為此必須關閉計量模塊并在特定時間內控制泵。

如果在特定時間內無法達到規定壓力限值，就會打開計量模塊以使計量管路排氣。隨后嘗試再次建立壓力。

如果按規定次數嘗試后仍無法建立壓力，則設置一個可逆的故障碼。如果在 3 次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障碼并啟用排放警告燈。

這項監控每個行駛循環僅執行一次，在計量開始之前。如果“通過”了這項監控，則開始持續壓力監控。

選擇性催化劑還原 SCR 需要尿素與水的混合物（AdBlue）保持恒定壓力（550kPa）。SCR控制單元借助壓力傳感器確定和監控實際壓力和作為結果的壓力模塊。對以下數值進行檢查：

◆過壓

◆真空

◆壓力值不可信

如果在特定時間內超過了上述限值，則設置一個可逆的故障碼。如果在3次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障碼并啟用排放警告燈，SCR系統內的壓力完全降低，SCR系統關閉。 在計量功能啟用狀態下進行這項監控。

（3）主動罐液位測量

針對主動罐使用 2 個帶壓電元件的液位傳感器。在分析單元內檢查信號是否符合邏輯，從而進行傳感器可信度檢查。

在此情況下分析單元通過 SCR控制單元向數字式柴油機電子系統DDE發送一個可信度故障信號。此時設置一個可逆的故障碼。如果在 3 次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障碼并啟用排放警告燈。

只有主動罐內的溫度超過規定值時，才進行這項監控。

分析單元與至少一個液位傳感器觸點之間的導線斷路時，就會向數字式柴油機電子系統DDE發送一個故障信號。此時設置一個可逆的故障代碼。如果在3次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障碼并啟用排放警告燈。

SCR系統負責監控是否加注了錯誤介質。識別出加注時就會啟用這項監控功能。有關加注識別的介紹參見SCR 系統章節。

為了識別出錯誤介質，在此監控尿素與水的混合物（AdBlue）介質質量以及 SCR 催化轉換器效率。如果在接下來的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障代碼并啟用排放警告燈。

（5）氮氧化物傳感器

為正常運行且因此監控氮氧化物傳感器，必須達到所謂露點。這樣可確保排氣裝置內不再有水，從而避免造成氮氧化物傳感器損壞。

如果通過以下監控識別出氮氧化物傳感器有故障，則設置一個可逆的故障代碼。如果在 3 次連續的行駛循環內發現故障，則存儲一個不可逆的故障代碼并啟用排放警告燈。

識別出以下故障：

◆識別信號或校正系數錯誤

◆測量探針與氮氧化物傳感器控制單元之間的導線斷路或短路

◆在特定時間內測量值超出規定范圍

◆規定加熱時間后未達到運行溫度

◆在滑行模式下（不希望產生氮氧化物）識別出測量值高出零值過多

◆從負荷狀態向滑行模式過渡時，氮氧化物傳感器信號未以足夠快的速度從 80 % 降至 50 %（僅限SCR 催化轉換器前的氮氧化物傳感器）

◆雖然 SCR 催化轉換器前的氮氧化物傳感器信號出現峰值，但未發現 SCR 催化轉換器后的氮氧化物傳感器信號出現至少一個規定變化，因此將其識別為不可信

（6）顯示和駕駛員信息

根據配置情況可在中央信息顯示屏CID內以圖形形式調出尿素與水的混合物（AdBlue）當前液位。

SCR控制單元將主動罐和被動罐內液位傳感器（如果安裝）的所需組合數據提供給數字式柴油機電子系統DDE，DDE通過 Flex Ray 和中央網關模塊ZGM/車身域控制器BDC將數據提供給其他總線設備。

根據顯示要求對液位進行處理，而且只采用主動罐提供的數值在中央信息顯示屏 CID 上顯示。

如果不對液位進行處理，則主動罐排空、隨后由被動罐向主動罐輸送時始終會在中央信息顯示屏 CID 內顯示不同液位，這樣可能會給駕駛員不可信的感覺。

在顯示方面始終要確保向駕駛員顯示的添加量數值也實際可行。就是說，向駕駛員顯示1L添加量時，也可實際添加 1L，不會出現系統加注過量以及尿素與水的混合物（AdBlue）溢出的情況。

根據 Headunit，可在中央信息顯示屏 CID 內菜單“車輛信息”處調出剩余可達里程和添加量。 根據Headunit 顯示內容可能不同。

（三）系統組件

1. 被動罐

被動罐這一名稱說明不對其進行加熱。 被動罐包括以下組件（如圖39所示）：

◆帶液位傳感器和溫度傳感器的罐法蘭

◆加注口

◆運行通風裝置和加注通風裝置

根據車型系列可能對被動罐進行隔絕處理。隔絕層由泡沫材料制成，可防止溫度較低時快速結冰。由于根據具體車輛也可能將其安裝在排氣裝置附近，因此也可能導致尿素與水的混合物（AdBlue）蓄熱過高。

如果長時間處于極低溫度下，則被動罐內尿素與水的混合物（AdBlue）可能完全結冰。此后無法再進行泵送。在這種情況下必須更加頻繁地進行主動罐添加。 被動罐無法單獨加注，而是通過主動罐進行加注。

圖39　被動罐，雙罐系統

（1）液位傳感器

在被動罐的罐法蘭內有一個液位傳感器，如圖40所示。 該傳感器利用一個壓電元件工作。 在傾斜角度極大或罐結冰的情況下，信號處于15mm。這相當于空罐信號。液位傳感器位于主動罐和被動罐內。

圖40　被動罐內的罐法蘭

維修時無法單獨更換被動罐的罐法蘭，因為它與被動罐焊接在一起。

（2）溫度傳感器

溫度傳感器集成在罐法蘭內，無法單獨更換。集成在罐法蘭內的溫度傳感器安裝在主動罐和被動罐內。

（3）通風裝置

被動罐帶有一個運行通風裝置和一個加注通風裝置。

運行通風裝置和加注通風裝置連接在罐蓋上尿素與水的混合物（AdBlue）加注管路內。

2. 傳輸泵

圖41　傳輸泵

所用傳輸泵為膜片泵。其工作方式與活塞泵相似，只是泵元件通過一個隔膜與介質分離。這樣不會產生任何腐蝕問題。

3. 主動罐

主動罐這一名稱說明對其進行加熱。

主動罐包括以下組件（如圖42所示）：

圖42　主動罐

◆運行通風裝置和加注通風裝置

◆罐法蘭模塊

根據車型系列可能對主動罐進行隔絕處理。隔絕層由泡沫材料制成，可防止溫度較低時快速結冰。由于根據具體車輛也可能將其安裝在排氣裝置附近，因此也可能導致尿素與水的混合物（AdBlue）蓄熱過高。