商用车后处理控制技术的原理与检测

卫云贵

（山西交通技师学院 030800）

1 概述

随着社会和经济的不断发展，全社会都越来越关注环境污染的问题。汽车的尾气排放已经成为大气环境污染的重要来源，基于现状，有关部门出台了法律法规，以促进各家汽车厂商利用更先进的科学技术来解决尾气污染问题。通过参考国外成功的改进案例，我们认为利用选择性催化还原SCR（Selective Catalytic Reduction）技术进行尾气后处理，是降低商用汽车尾气中的有害成分含量的有效方法。

2 SCR 尾气后处理控制技术的基本工作原理

SCR 尾气后处理控制是一项成熟的商用车后处理技术。这项技术的基本原理，是通过控制并优化发动机的工作方式，使发动机燃烧产生的废气得到有效的控制，然后利用专门的车载后处理系统对尾气中含量较高的NOx再进行处理，以满足法规要求。

发动机电控单元接到发动机运行状态的信息，经过处理后将信息传递给定量给料单元，后者根据发动机的运行状态，将相应的尿素喷入排气管内。尿素分解出的NH3与NOx经过催化还原反应生成对环境没有影响的氮气和水。试验结果表明，SCR 尾气后处理系统对尾气的转化率至少可以达到60%以上。汽车制造商在研发和标定柴油发动机时，也需要相应的设计和应用为期后处理系统[1]。

3 SCR 尾气后处理系统的基本组成

SCR 尾气后处理系统的结构比较复杂，其中包括催化器、定量给料单元、压缩空气罐、喷嘴、尿素箱、传感器，以及空气过滤器等部件。保证SCR 尾气后处理系统工作效果的核心，是定量给料单元，同时它也是保证该系统正常工作的主要执行元件。定量给料单元需要读取发动机的运行状态，因此CAN 总线必不可少，各个元件的协调工作需要通过CAN 总线进行数据传送，以确保尾气处理的实际效果。

4 后处理系统各元件的解读及工作过程

SCR 尾气后处理系统的尿素箱的作用是供给和储存，尿素箱内部安装有液位传感器以及温度传感器。液位传感器还承担着诊断系统、记录尿素用量的任务。温度传感器也会将尿素的实时温度信号发送至加热控制系统，在寒冷环境中，加热系统通过读取温度传感器的信号来决定是否给尿素加热，以保证尿素溶液始终处于规定的温度范围内。

尿素箱具有通风功能和自清洁功能。电动泵工作时从尿素箱中吸入大量的溶液，并通过回流管返回尿素箱内部，这个过程会将部分空气带回至尿素箱内。通风功能可以将这部分空气排出，避免影响计量精度。自清洁功能会在电动泵停止工作后，持续供给压缩空气直至将管路中的尿素溶液吹除干净。其作用是防止尿素在管道中形成结晶，堵塞管道。

供给管路和回流管路分别安装在尿素箱的两侧，且与定量给料单元连接。供给管路的主要任务是为供给尿素溶液；回流管路的主要是在回流尿素溶液。

溶液喷嘴安装在发动机排气管内，其作用是在给料过程中将尿素溶液雾化后喷入排气管。尿素溶液在遇到高温后会分解出NH3，雾化的作用是让NH3能够充分在管道中分散。

压缩空气罐的作用储存并提供压缩空气，为尿素溶液喷射提供动力。压缩空气进入定量给料单元前会经过空气滤清器。

定量给料单元是一个精密度较高的部件，发动机电控单元将数据传送给定量给料单元，定量给料单元通过读取发动机的运行状态，推算出当前尾气中的NOx含量，随后将相应的尿素喷入排气管。在工作时，定量给料单元内部的电动泵根据发动机电控单元ECM 给出的数据经过微处理器处理后，从尿素箱给出所需的尿素溶液，尿素溶液与压缩空气雾化后喷射尾气管路。

柴油尾气处理系统的另一个核心单元是催化器，它内部结构包括三个独立但串联的单元，分别是NH3扩散器、催化转化器和消声器。这个核心单元的主要作用是尾气催化转化和噪声抑制。催化器的两端各安装有一只温度传感器和一个NOx传感器。温度传感器的作用是检测催化器是否已达到工作温度（至少200℃），保证催化反应可以正常进行；NOx传感器用于监测尾气处理的反应情况和排放情况。车载诊断系统会读取这些数据，判断尾气后处理系统的工作情况。

车载诊断系统在新的排放法规中成为强制项目，这个系统可以实时检测车辆运行过程中是否存在尾气污染超标，并对车辆多个系统的运行状态进行自检。这当中同样也包括对尿素溶液剩余量和温度等数据的读取，出现异常时会发出警告。

5 诊断工具的使用方法

SCR 尾气后处理控制系统的检测方法是通过SCR 诊断套件进行数据读取和诊断。SCR 诊断套件由电脑、诊断量具和诊断软件三部分组成。SCR 诊断套件在SCR 尾气后处理控制系统出现问题时，方便维修人员进行故障读取、清除、检测、采集，和编码等操作。

在对数据刷写的操作中，其步骤分为开始刷写、刷写成功、自动关闭，以及关闭点火开关等。但是在刷写的过程中需要注意的是只有在连接诊断仪之后才能进行数据刷写；刷写数居前一定要先读取控制单元的硬件版本（vb1.2 或者vb1.2）；选择与控制单元版本对应的HEX 文件；刷写数据成功后，诊断仪会提示自动关闭[2]。

6 SCR 系统故障诊断与检测

6.1 压差传感器

SCR 系统的工作状态可以通过监测催化器两端的压差来确定。若压差传感器出现故障，系统会发出故障警告。这是通过诊断仪读取故障码，就可以通过读取到的故障码判断出具体的故障。其中，出现的频率较高的故障代码有P2002——系统运行时催化器失效；P2453——车辆行驶时系统的压力超过规定范围、P2454——电压的波动范围超出规定的区间等。

应对不同的故障码，需要做相应的检测。例如，针对压力信号异常，需检查压是否存在堵塞；检查压差传感器是否损坏或周围存在电磁干扰源，并检查其是否出现开启状态的参数；若上述检查未见异常，则需要检查系统外部是否存在泡冒滴漏的现象，包括管路接口是否松动、两支压力管的位置是否接反等。

6.2 尿素液位和温度传感器

液位传感器和温度传感器相集成在一起，安装在尿素箱内部。这两个传感器若出现故障，通常反映出来的故障现象为系统灯常亮、发动机动力不足等。此类故障的排除方法如下：根据实际液位对比并检查电阻阻值；出现线束故障需要检测电压，判断供线路和信号线束是否可以导通；如果尿素管路出现堵塞的现象，导致尿素溶液供给不流畅，出现压力异常，就需要检查疏通尿素管路；如果堵塞的位置在尿素溶液的加热水路，则会出现尿素溶液不升温的故障，这时要检查疏通加热水路。

6.3 尿素泵

尿素泵的作用是将尿素溶液从尿素箱中抽出，经过过滤，喷射到排气管内部。若该部件出现问题，则会表现为尿素供给不足，发动机输出的动力受限，系统的故障警告灯闪烁等。相应的故障码有：P208A——尿素泵控制占空比高于有效范围；P05EE——尿素供给单元驱动电路开路等。

其故障原因与排查方法：若尿素泵不工作，则需要检查尿素泵供电线束和搭铁回路是否存在异常；若尿素泵占空比不正常，则需要通过诊断仪读取相应参数来判断管路是存在堵塞还是泄漏，最终找到有问题的管路并进行更换；如果占空比高于85%，则判断是尿素泵出现失效或磨损超过极限，需要更换尿素泵总成。

7 结束论

通过介绍商用车SCR 尾气后处理控制技术的基本原理、组成结构、工作步骤以及检测方式方法。可以让学习者对该技术有一定的了解，对今后的工作建立一个基础，更好地应对日趋严格的商用车排放法规。