Urea-SCR后處理系統(tǒng)測試技術(shù)研究現(xiàn)狀

王全毅 智麗 孫曉幫

摘 要：隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量迅速增加，由汽車尾氣引起的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。為解決汽車尾氣污染問題，Urea-SCR后處理系統(tǒng)得到了廣泛發(fā)展，Urea-SCR后處理系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量要求和使用過程中的可靠性需要一套完善可靠的測試設(shè)備對其進(jìn)行可靠評估。文章分析了Urea-SCR后處理系統(tǒng)和Urea-SCR測試技術(shù)的工作原理，介紹了Urea-SCR后處理系統(tǒng)測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀，討論了Urea-SCR后處理系統(tǒng)測試技術(shù)瓶頸，并對Urea-SCR后處理系統(tǒng)測試技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：Urea-SCR;測試技術(shù);工作原理;研究現(xiàn)狀;技術(shù)瓶頸;發(fā)展趨勢

中圖分類號：U473.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-196-03

Urea-SCR Research Status of Post-processing System Testing Technology

Wang Quanyi¹，?Zhi Li²，?Sun Xiaobang¹

（1.Liaoning University of Technology， College of Automobile and Transportation Engineering，?Liaoning Jinzhou 121001;2.Bohai University，?College of Educational Science，?Liaoning Jinzhou 121013）

Abstract：?With the rapid development of Chinas automobile industry，?domestic car ownership is growing rapidly，?environ?-mental pollution，?Caused by automobile exhaust is becoming more and more serious.?In order to solve the problem of automobile exhaust pollution Urea-SCR post-processing system has been widely developed.?The quality requirements of Urea-SCR post-processing system in the prodution process and the reliability in the use process require a set of perfect and reliable test equipment for reliable evaluation.?This paper analyzes the working principle of a post-processing system and testing technology.?The research status of testing technology of a post-processing system is introduced.?This paper discusser the bottleneck of testhing technology of a post-processing system，?and prospects the development of testing technology of a post-processing system.

Keywords： Urea-SCR;?Testing technology;?Working principle;?Research status;?Technical bottleneck;?Developing trend

CLC NO.： U473.9??Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-196-03

1?引言

Urea-SCR后處理系統(tǒng)測試技術(shù)對Urea-SCR后處理系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控、性能檢測和故障診斷;測試技術(shù)的應(yīng)用可以全面有效提高Urea-SCR后處理系統(tǒng)的整體質(zhì)量，保障使用對Urea-SCR后處理系統(tǒng)的使用體驗，是Urea-SCR后處理系統(tǒng)的后盾和效能保障器。

2?Urea-SCR后處理系統(tǒng)基本工作原理

Urea-SCR后處理系統(tǒng)將35%的尿素溶液作為還原劑，根據(jù)車輛不同的行駛工況與控制策略Urea-SCR將一定量的尿素溶液噴入到排氣歧管內(nèi)與發(fā)動機(jī)排出的廢氣混合。因發(fā)動機(jī)排出的氣體具有一定的溫度而且能達(dá)到尿素水溶液發(fā)生熱解反應(yīng)所需要的溫度，所以尿素水溶液在排氣歧管內(nèi)熱解成氨氣和異氰酸，并與發(fā)動機(jī)尾氣一同進(jìn)入到SCR催化器中。此時由于較高的溫度加速催化劑催化氨氣與一氧化氮反應(yīng)生成水和氮氣并且異氰酸在催化劑的作用下水解為氨氣和二氧化碳。

尿素凈化汽車尾氣中氮氧化物的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

尿素?zé)峤夥磻?yīng)方程：

尿素水解反應(yīng)方程：

Urea-SCR后處理系統(tǒng)簡圖如圖1：

3?Urea-SCR測試技術(shù)基本工作原理

Urea-SCR測試系統(tǒng)一般由測試設(shè)備（ATE）、測試程序集（TPS）和TPS軟件開發(fā)工具三部分組成^[2]。測試設(shè)備（ATE）一般指電腦、繼電器及各傳感器，電腦是整個測試設(shè)備的核心部件。測試程序集根據(jù)測試對象和測試要求的不同會有不同的變化。TPS軟件開發(fā)工具多種多樣，一般通過編寫語言的不同可分為LabVIEW、LabWindows/CVI、VB和VC等。

測試軟件通過控制測試設(shè)備對Urea-SCR系統(tǒng)進(jìn)行測試。測試軟件通過PC給Urea-SCR系統(tǒng)控制器發(fā)送控制報文控制器控制尿素泵執(zhí)行建壓泵液噴液等控制指令;當(dāng)尿素泵開始根據(jù)控制指令工作后，測試軟件通過PC給Urea-SCR系統(tǒng)發(fā)送反饋報文，在此同時檢測測試系統(tǒng)的通信協(xié)議判斷車載ECU與Urea-SCR系統(tǒng)之間的通信協(xié)議是否正常;在此之后Urea-SCR系統(tǒng)將各傳感器狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、加熱片狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)、噴嘴狀態(tài)和噴射精度等反饋給測試軟件，測試軟件通過計算后將判斷結(jié)果發(fā)送到測試顯示界面;噴射精度可采用測重法和測量法等方法進(jìn)行測量判斷。

測試程序集基本需要噴嘴檢測、通信協(xié)議診斷、硬件檢測、負(fù)壓檢測、建壓檢測、零噴射量檢測、精度檢測和回抽檢測等模塊，如若需要還可以加入數(shù)據(jù)庫模塊，用以記錄和追蹤檢測結(jié)果。測試程序集可有如下結(jié)構(gòu);

以此程序為例：共分為三級，一級為測試界面，用以操作與顯示測試結(jié)果等;二級為主測試模塊;三級為主模塊下設(shè)分支，對主模塊進(jìn)行補(bǔ)充檢測。

4?Urea-SCR測試技術(shù)研究現(xiàn)狀

Urea-SCR系統(tǒng)的研究國外起步相對較早，在上世紀(jì)五十年代SCR技術(shù)就由美國安格（Engelhard）公司發(fā)明并申請專利^[3]。但由于當(dāng)時的催化劑成本過高并且催化劑遇到尾氣中的硫成分而使催化效果變得不穩(wěn)定，所以在當(dāng)時并沒有得到廣泛使用。在上世紀(jì)中后葉日本研發(fā)出一種經(jīng)濟(jì)高效的催化劑V2O5/TiO2，這總催化劑不僅經(jīng)濟(jì)高效，而且其催化穩(wěn)定性也大大提高，因此SCR技術(shù)在上世紀(jì)中后葉被日本、美國和西歐等國家廣泛應(yīng)用在發(fā)電站中。首次在汽車中應(yīng)用是在2004年，為應(yīng)對嚴(yán)格的柴油車排放法規(guī)，德國博世公司就推出了第一代博世Denoxtronic2.2系統(tǒng)，之后博世公司一直是尾氣后處理系統(tǒng)行業(yè)的領(lǐng)跑者^[4]。我國將Urea-SCR系統(tǒng)首次應(yīng)用在汽車上是在2006年，由廣西玉柴開發(fā)。并且在這之后我國各大高校和企業(yè)也開始投入到Urea-SCR系統(tǒng)的深入研究當(dāng)中。

然而目前Urea-SCR后處理系統(tǒng)的測試技術(shù)我國還沒有深入系統(tǒng)性的研究，現(xiàn)處在一個研究的初期階段。

5 Urea-SCR測試技術(shù)瓶頸

目前所發(fā)展的Urea-SCR測試系統(tǒng)主要都是專用型，并且大多部分都是針對具體設(shè)備型號而專用的具體測試系統(tǒng)，系統(tǒng)之間并不能互相兼容;更當(dāng)出現(xiàn)新的排放法規(guī)，Urea-SCR系統(tǒng)提高凈化效率時，Urea-SCR測試系統(tǒng)就需要更改測試協(xié)議，沒有辦法做到真正的通用型，這將給實際應(yīng)用中增加大量的財力、物力和人力，大大增加換代更新周期。

由于Urea-SCR系統(tǒng)的特殊化，Urea-SCR測試技術(shù)目前在通用化、組合化和可擴(kuò)展性方面發(fā)展還處在探索階段，大大制約了Urea-SCR測試技術(shù)的發(fā)展。

6 Urea-SCR測試技術(shù)未來的發(fā)展趨勢

隨著國家對環(huán)保要求愈發(fā)嚴(yán)格并且在2019年7月1日《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB18352.6-2016）中的第六階段排放控制標(biāo)準(zhǔn)的實施。發(fā)動機(jī)企業(yè)對于尾氣凈化處理愈發(fā)緊迫，選擇性催化還原技術(shù)作為機(jī)后處理的主要手段被廣泛應(yīng)用于中重型柴油機(jī)的尾氣凈化處理上。其市場需求將是一個長期而大量的格局。而SCR系統(tǒng)測試對保證SCR系統(tǒng)能夠在車輛上長期有效的運行又置關(guān)重要的作用?？刂婆c執(zhí)行系統(tǒng)最為核心部件，對其測試的研究與實踐具有重要現(xiàn)實意義。早期的產(chǎn)品測試較為狹隘，基本都是由開發(fā)工作人員自己完成，不但投入少而且開展晚。現(xiàn)階段這種問題也還都普遍存在。所以SCR尾氣后處理系統(tǒng)的測試系統(tǒng)對于尾氣后處理設(shè)備應(yīng)對其長遠(yuǎn)而有大量的需求市場有至關(guān)重要的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳全征，曹綱，鄒世凡，申夢杰，王樂樂.柴油機(jī)尿素-SCR后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].行業(yè)綜述，2018（23）296-297.

[2] 倪玲，張琦，郭霞.自動測試技術(shù)發(fā)展綜述[J].中國制造業(yè)信息化， 2007（36）46-48.

[3] 楊斌.柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素噴射控制研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，2017.4.

[4] Seher S H E，Reichelt M，Wickert S. Control Strategy for NOx-?Emission Rcduction with SCR[J]. Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical & Engineering Sciences，2003，291（1424）：?73-84.