商用車后處理控制技術的原理與檢測

摘要：近些年，法規(guī)對汽車的污染物排放進行嚴格限制。為了讓汽車滿足排放標準，制造商必須對商用車的后處理技術進行改進。本文參考一些尾氣排放控制技術的成功案例，講解后處理技術的工作原理和組成部分，討論尾氣處理的工作過程、此類技術的檢測方法，以及檢測過程中需要的注意事項等。幫助學習者對該技術有一定的了解，并為今后的工作建立基礎。

關鍵詞：尾氣排放;SCR尾氣后處理;整車集成;匹配設計

中圖分類號：U464

文獻標識碼：A

1 概述

隨著社會和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，全社會都越來越關注環(huán)境污染的問題。汽車的尾氣排放已經(jīng)成為大氣環(huán)境污染的重要來源，基于現(xiàn)狀，有關部門出臺了法律法規(guī)，以促進各家汽車廠商利用更先進的科學技術來解決尾氣污染問題。通過參考國外成功的改進案例，我們認為利用選擇性催化還原SCR（Selective Catalytic Reduction）技術進行尾氣后處理，是降低商用汽車尾氣中的有害成分含量的有效方法。

2 SCR尾氣后處理控制技術的基本工作原理

SCR尾氣后處理控制是一項成熟的商用車后處理技術。這項技術的基本原理，是通過控制并優(yōu)化發(fā)動機的工作方式，使發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的廢氣得到有效的控制，然后利用專門的車載后處理系統(tǒng)對尾氣中含量較高的NOx再進行處理，以滿足法規(guī)要求。

發(fā)動機電控單元接到發(fā)動機運行狀態(tài)的信息，經(jīng)過處理后將信息傳遞給定量給料單元，后者根據(jù)發(fā)動機的運行狀態(tài)，將相應的尿素噴入排氣管內(nèi)。尿素分解出的NH3與NOx經(jīng)過催化還原反應生成對環(huán)境沒有影響的氮氣和水。試驗結果表明，SCR尾氣后處理系統(tǒng)對尾氣的轉化率至少可以達到60%以上。汽車制造商在研發(fā)和標定柴油發(fā)動機時，也需要相應的設計和應用為期后處理系統(tǒng)[1]。

3 SCR尾氣后處理系統(tǒng)的基本組成

SCR尾氣后處理系統(tǒng)的結構比較復雜，其中包括催化器、定量給料單元、壓縮空氣罐、噴嘴、尿素箱、傳感器，以及空氣過濾器等部件。保證SCR尾氣后處理系統(tǒng)工作效果的核心，是定量給料單元，同時它也是保證該系統(tǒng)正常工作的主要執(zhí)行元件。定量給料單元需要讀取發(fā)動機的運行狀態(tài)，因此CAN總線必不可少，各個元件的協(xié)調(diào)工作需要通過CAN總線進行數(shù)據(jù)傳送，以確保尾氣處理的實際效果。

4 后處理系統(tǒng)各元件的解讀及工作過程

SCR尾氣后處理系統(tǒng)的尿素箱的作用是供給和儲存，尿素箱內(nèi)部安裝有液位傳感器以及溫度傳感器。液位傳感器還承擔著診斷系統(tǒng)、記錄尿素用量的任務。溫度傳感器也會將尿素的實時溫度信號發(fā)送至加熱控制系統(tǒng)，在寒冷環(huán)境中，加熱系統(tǒng)通過讀取溫度傳感器的信號來決定是否給尿素加熱，以保證尿素溶液始終處于規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。

尿素箱具有通風功能和自清潔功能。電動泵工作時從尿素箱中吸入大量的溶液，并通過回流管返回尿素箱內(nèi)部，這個過程會將部分空氣帶回至尿素箱內(nèi)。通風功能可以將這部分空氣排出，避免影響計量精度。自清潔功能會在電動泵停止工作后，持續(xù)供給壓縮空氣直至將管路中的尿素溶液吹除干凈。其作用是防止尿素在管道中形成結晶，堵塞管道。

供給管路和回流管路分別安裝在尿素箱的兩側，且與定量給料單元連接。供給管路的主要任務是為供給尿素溶液;回流管路的主要是在回流尿素溶液。

溶液噴嘴安裝在發(fā)動機排氣管內(nèi)，其作用是在給料過程中將尿素溶液霧化后噴入排氣管。尿素溶液在遇到高溫后會分解出NH3，霧化的作用是讓NH3能夠充分在管道中分散。

壓縮空氣罐的作用儲存并提供壓縮空氣，為尿素溶液噴射提供動力。壓縮空氣進入定量給料單元前會經(jīng)過空氣濾清器。

定量給料單元是一個精密度較高的部件，發(fā)動機電控單元將數(shù)據(jù)傳送給定量給料單元，定量給料單元通過讀取發(fā)動機的運行狀態(tài)，推算出當前尾氣中的NOx含量，隨后將相應的尿素噴入排氣管。在工作時，定量給料單元內(nèi)部的電動泵根據(jù)發(fā)動機電控單元ECM給出的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后，從尿素箱給出所需的尿素溶液，尿素溶液與壓縮空氣霧化后噴射尾氣管路。

柴油尾氣處理系統(tǒng)的另一個核心單元是催化器，它內(nèi)部結構包括三個獨立但串聯(lián)的單元，分別是NH3擴散器、催化轉化器和消聲器。這個核心單元的主要作用是尾氣催化轉化和噪聲抑制。催化器的兩端各安裝有一只溫度傳感器和一個NOx傳感器。溫度傳感器的作用是檢測催化器是否已達到工作溫度（至少200°C），保證催化反應可以正常進行;NOx傳感器用于監(jiān)測尾氣處理的反應情況和排放情況。車載診斷系統(tǒng)會讀取這些數(shù)據(jù)，判斷尾氣后處理系統(tǒng)的工作情況。

車載診斷系統(tǒng)在新的排放法規(guī)中成為強制項目，這個系統(tǒng)可以實時檢測車輛運行過程中是否存在尾氣污染超標，并對車輛多個系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行自檢。這當中同樣也包括對尿素溶液剩余量和溫度等數(shù)據(jù)的讀取，出現(xiàn)異常時會發(fā)出警告。

5 診斷工具的使用方法

SCR尾氣后處理控制系統(tǒng)的檢測方法是通過SCR診斷套件進行數(shù)據(jù)讀取和診斷。SCR診斷套件由電腦、診斷量具和診斷軟件三部分組成。SCR診斷套件在SCR尾氣后處理控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，方便維修人員進行故障讀取、清除、檢測、采集，和編碼等操作。

在對數(shù)據(jù)刷寫的操作中，其步驟分為開始刷寫、刷寫成功、自動關閉，以及關閉點火開關等。但是在刷寫的過程中需要注意的是只有在連接診斷儀之后才能進行數(shù)據(jù)刷寫;刷寫數(shù)居前一定要先讀取控制單元的硬件版本（vb1.2或者vb1.2）;選擇與控制單元版本對應的HEX文件;刷寫數(shù)據(jù)成功后，診斷儀會提示自動關閉[2]。

6 SCR系統(tǒng)故障診斷與檢測

6.1 壓差傳感器

SCR系統(tǒng)的工作狀態(tài)可以通過監(jiān)測催化器兩端的壓差來確定。若壓差傳感器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會發(fā)出故障警告。這是通過診斷儀讀取故障碼，就可以通過讀取到的故障碼判斷出具體的故障。其中，出現(xiàn)的頻率較高的故障代碼有P2002——系統(tǒng)運行時催化器失效;P2453——車輛行駛時系統(tǒng)的壓力超過規(guī)定范圍、P2454——電壓的波動范圍超出規(guī)定的區(qū)間等。

應對不同的故障碼，需要做相應的檢測。例如，針對壓力信號異常，需檢查壓是否存在堵塞;檢查壓差傳感器是否損壞或周圍存在電磁干擾源，并檢查其是否出現(xiàn)開啟狀態(tài)的參數(shù);若上述檢查未見異常，則需要檢查系統(tǒng)外部是否存在泡冒滴漏的現(xiàn)象，包括管路接口是否松動、兩支壓力管的位置是否接反等。

6.2 尿素液位和溫度傳感器

液位傳感器和溫度傳感器相集成在一起，安裝在尿素箱內(nèi)部。這兩個傳感器若出現(xiàn)故障，通常反映出來的故障現(xiàn)象為系統(tǒng)燈常亮、發(fā)動機動力不足等。此類故障的排除方法如下：根據(jù)實際液位對比并檢查電阻阻值;出現(xiàn)線束故障需要檢測電壓，判斷供線路和信號線束是否可以導通;如果尿素管路出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，導致尿素溶液供給不流暢，出現(xiàn)壓力異常，就需要檢查疏通尿素管路;如果堵塞的位置在尿素溶液的加熱水路，則會出現(xiàn)尿素溶液不升溫的故障，這時要檢查疏通加熱水路。

6.3 尿素泵

尿素泵的作用是將尿素溶液從尿素箱中抽出，經(jīng)過過濾，噴射到排氣管內(nèi)部。若該部件出現(xiàn)問題，則會表現(xiàn)為尿素供給不足，發(fā)動機輸出的動力受限，系統(tǒng)的故障警告燈閃爍等。相應的故障碼有：P208A——尿素泵控制占空比高于有效范圍;P05EE——尿素供給單元驅動電路開路等。

其故障原因與排查方法：若尿素泵不工作，則需要檢查尿素泵供電線束和搭鐵回路是否存在異常;若尿素泵占空比不正常，則需要通過診斷儀讀取相應參數(shù)來判斷管路是存在堵塞還是泄漏，最終找到有問題的管路并進行更換;如果占空比高于85%，則判斷是尿素泵出現(xiàn)失效或磨損超過極限，需要更換尿素泵總成。

7 結束論

通過介紹商用車SCR尾氣后處理控制技術的基本原理、組成結構、工作步驟以及檢測方式方法。可以讓學習者對該技術有一定的了解，對今后的工作建立一個基礎，更好地應對日趨嚴格的商用車排放法規(guī)。

【參考文獻】

[1]"國四發(fā)動機以及后處理系統(tǒng)培訓——簡版;（20140318）.

[2]"BOSCH共軌SCR系統(tǒng)培訓2010.