车用柴油机SCR技术现状及应用前景分析(8)

Delphi公司的D.Y.Wang等人对其公司生产的NH3传感器进行了测试研究［21］。该NH3

传感器是基于一种电气化学原理而工作的。基于该原理的NH3传感器目前在车辆上应用最为广泛的。此类型传感器具有较为经济的制造成本，有较好的耐久性，适于规模化生产，可经受柴油机排气系统中恶劣的工作环境。该传感器工作时，如感应到NH3的存在，就输出一个电动势信号，此信号与氨气浓度的对数值呈线性比例。这个信号会反馈给SCR系统的配量单元控制器，控制器会对尿素的供给做出相应调整。在柴油发动机上的测试证明了该NH3传感器在预想的工作环境下可有效工作，并有较好的可靠性。另外，研究人员还对基于NH3传感器和基于NOX传感器的控制策略进行了对比研究。研究发现基于NOX传感器的控制系统对于NH3泄露的控制明显不如基于NH3传感器的控制策略好，加之发动机排气变化时，此系统受到的影响较大，NOX转化效率明显下降，导致此类型控制策略的使用受到了限制。

另外，Delphi公司的Andrew Herman等人也对不同试验工况下，基于NH3传感器的SCR控制策略进行了研究［22］。研究人员在FTP和ESC试验循环下验证了此控制策略在NOX转化效率及NH3泄露控制方面的优势。另外，研究人员还进行了更加深入的研究，验证了将NH3传感器运用到OBD系统中的可行性。研究显示，利用加载在SCR催化剂中部的NH3传感器可加强对SCR催化剂老化的监控，指出今后的研究方向是研究NH3传感器检测到的信号与SCR催化剂老化时的NOX转化效率之间的关系。 6.5 尿素传感器

理论上讲，一个SCR系统监控应监控喷入废气中的空气/尿素混合气的参数，这些参数包括混合气流速以及混合气中尿素的质量。但是，目前尚不存在一种在尿素喷入点精确测量混合气中尿素质量的有效措施。考虑到这些限制，对SCR系统监控的解决方案是

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将理论上希望得到的注入排气的尿素的质量（信号指令）与尿素罐的体积变化（实际情况）进行对比，在一个合理的时间内检测系统是否失效［23］。

该SCR系统监测方法需要精确测量理论上的注入排气的尿素的量（信号指令）与尿素罐的体积变化数（实际情况），精确的配量控制可使系统可以准确测量需要尿素的质量。考虑到诊断时间的需要、尿素罐设计的多样性以及车辆行驶过程中罐体的晃动，较难精确测量尿素罐内的体积变化。为在一定时间内检测出SCR系统的失效特征，需要一个高精度的传感器，但仅此还是无法测量体积变化。一般来说，即便是精度很高的传感器也只能读取液面高度，而体积变化是由尿素液面高度和尿素罐体横截面综合决定的。一般说来，尿素罐会被设计为可适应周围部件空间布置的构造形式，因此，在实际情况中，非标准横截面的尿素罐体是比较常见的，所以，为适应非标准情况下的罐体横截面，需要对传感器信号进行预处理。 6.6 OBD系统结构功能需求分析

诊断部分是本系统的核心。不同发动机管理系统下的具体诊断策略可能有所差异,但大体上都包括功能性诊断、OBD排放限值诊断(OTLS)、ECU自诊断和智能诊断部分。就SCR系统OBD结构而言,诊断功能主要有:SCR催化器效率诊断、尿素箱故障诊断、供料单元故障诊断、NOX传感器相关故障诊断和控制单元DCU故障诊断。 6.6.1 SCR催化器的故障诊断

对SCR催化器的诊断,由于催化器在使用过程中会逐渐老化,或由于使用不当导致对尾气的处理效率变低,此时通过催化器前后氮氧化物传感器检测的NOX值对比可得出催化器是否已经劣化,如果其它模块工作正常,而NOX值没有明显下降,则表明催化器失效。 6.6.2 尿素箱容器的故障诊断

尿素箱容器的功能是存储尿素溶液,监测尿素品质、尿素液位和尿素箱温度,并对尿素溶液加热保温。尿素箱容器由箱体、加热器、液面传感器、温度传感器和尿素质量传感器组成。当汽车发动时,尿素箱容器对尿素加热到规定值并始终保持这个温度。各传感器电路将监测值传送到DCU中,动态显示尿素液位。

对尿素箱的监测,尿素在SCR系统中起着反应剂的作用,尿素的品质、温度和容量是非常重要的技术参数。OBD主要通过监测尿素箱温度传感器、尿素加热器和尿素液面传感器等的工作状态来监测尿素箱(包括尿素液位过低、尿素品质下降、尿素用尽以及传感器的短路、断路等)。

6.6.3 给料供给单元的故障诊断

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给料供给单元的功能是供给尿素和空气,为尿素喷射提供具备一定压力的反应剂。给料供给单元由尿素泵、空气阀、过滤装置、电喷嘴、压力传感器等组成。

给料供给单元的工作过程是将空气和尿素溶液混合、雾化,定量向排气管喷射尿素溶液。

OBD通过对尿素每次喷射消耗量、反应剂压力及喷射效果的监测对给料供给单元进行综合判断,以诊断尿素泵的工作情况是否良好,过滤装置及电喷嘴是否堵塞等。 6.6.4 控制单元DCU的故障诊断

DCU的功能是控制反应剂定量喷射,进行DCU的自诊断,它由相关的电子元件及电路组成。控制单元DCU故障诊断的工作过程是在DCU上电后,在DCU的初始化过程中完成自诊断。根据相应的功能对DCU内部多个模块进行诊断,包括CAN通信模块的诊断、储存器模块的诊断、A/D模块的诊断等。 6.6.5 NOX传感器相关诊断

NOX传感器主要功能是监测发动机排放物中NOX含量是否超标,同时为SCR催化器故障诊断提供分析数据,NOX感器相关部分包括传感器本身和传感器电路。

NOX感器相关诊断的工作过程为:传感器上电后先进行自身的诊断,确认工作正常后,传感器将监测到的信息通过相应的电路传送到DCU中作进一步的处理。OBD除了要求对传感器自身进行诊断外,还要对相应电路的断路或短路的情况进行监测,并在DCU中利用催化剂上、下游NOX感器的监测值进行催化剂的劣化和整体系统NOX排放限值的诊断。 6.7 故障处理流程

如图13为OBD系统的故障处理流程图。

图13 故障处理流程

故障管理是对已确认和未决的故障代码及相应故障信息进行存储管理的过程,并且

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实现与诊断仪的通信。软件的故障诊断逻辑包括了基于SCR系统OBD诊断项目的各种诊断策略。传感器采集到异常信号,经诊断逻辑算法过滤处理后,在周期性的确认机制下判别故障参数是否为最终故障,如果确认为最终故障,将储存相应故障代码和故障发生时的环境条件,并启动故障回应方案。内存中划分单独的区域用来适时地储存包含部分环境条件在内的冻结帧信息,可以从中追查故障发生的部分原因。如果故障导致排放超过OBD限值,将点亮故障灯。当同时发生多个故障时,首先处理故障优先级高的故障。在出现严重故障导致排放超标,如SCR催化剂严重损坏,或反应剂尿素用尽时,将立即向发动机ECU发送限制转矩的请求。 6.8 需应对的问题

随着越来越严格的排放法规及重型车OBD法规的实施，如果今后发动机制造商决定采用SCR作为重型柴油车后处理解决方案，那么就必须解决系统人为干扰以及失效诊断给SCR车载诊断带来的问题。

车用SCR系统使用消耗性试剂尿素作为反应必备物，这就导致车辆在使用过程中驾驶人员需支付额外针对试剂的消耗，这就导致驾驶人员可能干扰诊断系统。总体来说，系统干扰的主要出发点是减少车辆的使用开支。对于SCR诊断系统，一般性的干扰模式容易检测出来，例如，断开SCR 配量电控单元的电源等。然而，诊断系统同样会遇到其他类型的干扰。目前，已存在如更改尿素的流向以使其流回尿素罐，以及使用较为便宜的试液（例如水）添加在尿素罐中等系统干扰。若出现这些类型的系统干扰，OBD系统就较难诊断了。监控尿素罐的液面高度变化并 …… 此处隐藏：2045字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……