商用車后處理控制技術(shù)的原理與檢測

摘要：近些年，法規(guī)對汽車的污染物排放進(jìn)行嚴(yán)格限制。為了讓汽車滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，制造商必須對商用車的后處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。本文參考一些尾氣排放控制技術(shù)的成功案例，講解后處理技術(shù)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(shù)的檢測方法，以及檢測過程中需要的注意事項(xiàng)等。幫助學(xué)習(xí)者對該技術(shù)有一定的了解，并為今后的工作建立基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：尾氣排放;SCR尾氣后處理;整車集成;匹配設(shè)計(jì)

中圖分類號：U464

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 概述

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，全社會(huì)都越來越關(guān)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(guān)部門出臺(tái)了法律法規(guī)，以促進(jìn)各家汽車廠商利用更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來解決尾氣污染問題。通過參考國外成功的改進(jìn)案例，我們認(rèn)為利用選擇性催化還原SCR（Selective Catalytic Reduction）技術(shù)進(jìn)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(shù)的基本工作原理

SCR尾氣后處理控制是一項(xiàng)成熟的商用車后處理技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的基本原理，是通過控制并優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式，使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行處理，以滿足法規(guī)要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將相應(yīng)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(yīng)生成對環(huán)境沒有影響的氮?dú)夂退?。試?yàn)結(jié)果表明，SCR尾氣后處理系統(tǒng)對尾氣的轉(zhuǎn)化率至少可以達(dá)到60%以上。汽車制造商在研發(fā)和標(biāo)定柴油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，也需要相應(yīng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)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(jié)構(gòu)比較復(fù)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(shí)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，因此CAN總線必不可少，各個(gè)元件的協(xié)調(diào)工作需要通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，以確保尾氣處理的實(shí)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(chǔ)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(dān)著診斷系統(tǒng)、記錄尿素用量的任務(wù)。溫度傳感器也會(huì)將尿素的實(shí)時(shí)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(fēng)功能和自清潔功能。電動(dòng)泵工作時(shí)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(gè)過程會(huì)將部分空氣帶回至尿素箱內(nèi)。通風(fēng)功能可以將這部分空氣排出，避免影響計(jì)量精度。自清潔功能會(huì)在電動(dòng)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(jié)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(cè)，且與定量給料單元連接。供給管路的主要任務(wù)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(dòng)機(jī)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(huì)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(chǔ)存并提供壓縮空氣，為尿素溶液噴射提供動(dòng)力。壓縮空氣進(jìn)入定量給料單元前會(huì)經(jīng)過空氣濾清器。

定量給料單元是一個(gè)精密度較高的部件，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，推算出當(dāng)前尾氣中的NOx含量，隨后將相應(yīng)的尿素噴入排氣管。在工作時(shí)，定量給料單元內(nèi)部的電動(dòng)泵根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)核心單元是催化器，它內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)獨(dú)立但串聯(lián)的單元，分別是NH3擴(kuò)散器、催化轉(zhuǎn)化器和消聲器。這個(gè)核心單元的主要作用是尾氣催化轉(zhuǎn)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(gè)NOx傳感器。溫度傳感器的作用是檢測催化器是否已達(dá)到工作溫度（至少200°C），保證催化反應(yīng)可以正常進(jìn)行;NOx傳感器用于監(jiān)測尾氣處理的反應(yīng)情況和排放情況。車載診斷系統(tǒng)會(huì)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(qiáng)制項(xiàng)目，這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測車輛運(yùn)行過程中是否存在尾氣污染超標(biāo)，并對車輛多個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自檢。這當(dāng)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(shí)會(huì)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(jìn)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(shí)，方便維修人員進(jìn)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(dòng)關(guān)閉，以及關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)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(jìn)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(yīng)的HEX文件;刷寫數(shù)據(jù)成功后，診斷儀會(huì)提示自動(dòng)關(guān)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(huì)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(yùn)行時(shí)催化器失效;P2453——車輛行駛時(shí)系統(tǒng)的壓力超過規(guī)定范圍、P2454——電壓的波動(dòng)范圍超出規(guī)定的區(qū)間等。

應(yīng)對不同的故障碼，需要做相應(yīng)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(dòng)、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(gè)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(dòng)機(jī)動(dòng)力不足等。此類故障的排除方法如下：根據(jù)實(shí)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(dǎo)通;如果尿素管路出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，導(dǎo)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(huì)出現(xiàn)尿素溶液不升溫的故障，這時(shí)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(huì)表現(xiàn)為尿素供給不足，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力受限，系統(tǒng)的故障警告燈閃爍等。相應(yīng)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(qū)動(dòng)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(yīng)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(jìn)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(jié)束論

通過介紹商用車SCR尾氣后處理控制技術(shù)的基本原理、組成結(jié)構(gòu)、工作步驟以及檢測方式方法?？梢宰寣W(xué)習(xí)者對該技術(shù)有一定的了解，對今后的工作建立一個(gè)基礎(chǔ)，更好地應(yīng)對日趨嚴(yán)格的商用車排放法規(guī)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]"國四發(fā)動(dòng)機(jī)以及后處理系統(tǒng)培訓(xùn)——簡版;（20140318）.

[2]"BOSCH共軌SCR系統(tǒng)培訓(xùn)2010.