席佩佩，徐志雷

（山東唐駿歐鈴汽車制造有限公司，山東 淄博 255100）

SCR系統(tǒng)即選擇性催化還原系統(tǒng)（Selective Catalytic Reduction System），是應(yīng)用于發(fā)動機排氣系統(tǒng)，將排氣中的氮氧化物（NOx）進行選擇性催化還原成氮氣和水，以降低NOx排放量的排氣后處理系統(tǒng)。SCR后處理系統(tǒng)是國V柴油機主流配置，分為空氣輔助式和無氣輔助式。

1 SCR系統(tǒng)構(gòu)成

SCR系統(tǒng)由催化消聲器、計量噴射系統(tǒng)、尿素罐、噴嘴、DCU、管路（尿素吸液管、噴射管、回液管，集成電加熱功能）、空氣濾清器（空氣輔助式專用）、傳感器和線束構(gòu)成。SCR系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。本文主要介紹SCR系統(tǒng)的電控部分。

1.1 DCU

DCU（Dosing Control Unit）即尿素噴射控制器，外形如圖2所示。主要功能如下。

1）控制尿素噴射 DCU通過CAN總線和發(fā)動機ECU通信，獲取發(fā)動機運行狀態(tài)參數(shù)，同時采集催化器溫度信號，實時計算尿素噴射量，并驅(qū)動計量泵從尿素箱抽取相應(yīng)量的尿素，經(jīng)壓力管將尿素送到噴嘴，噴入催化消聲器。

圖1 SCR系統(tǒng)構(gòu)成圖

2）控制尿素加熱系統(tǒng)工作 尿素溶液在-11℃會結(jié)冰，為了保證SCR在寒冷的冬天也能正常工作，就必須將尿素溶液加熱解凍；當(dāng)DCU通過尿素箱溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器斷定尿素溶液結(jié)冰后，DCU將會控制冷卻水電磁閥（圖3）打開，利用發(fā)動機冷卻液，對尿素箱的尿素液進行解凍。同時控制尿素管路加熱絲得電，對尿素管路進行加熱，防止尿素管路結(jié)冰。

圖2 DCU外形圖

圖3 冷卻水電磁閥外形圖

3）OBD診斷功能 DCU可通過CAN總線向ECU發(fā)送OBD信息。識別可能導(dǎo)致排放超標(biāo)的故障區(qū)域，并以故障代碼的形式儲存在電控單元儲存器中，同時點亮儀表OBD故障燈。當(dāng)故障導(dǎo)致排放明顯惡化時，激活發(fā)動機扭矩限制功能，避免排放進一步惡化，提醒駕駛員盡早進行維修。

4）儀表尿素液位顯示/低液位報警功能 組合儀表根據(jù)尿素箱液位傳感器提供的信號，進行液位顯示。在尿素液位低于12%液位時，點亮尿素液位報警燈。尿素液位顯示有以下兩種模式：①尿素液位PWM輸出：DCU輸出尿素液位PWM信號給組合儀表顯示液位，PWM波頻率為50 Hz，高電平所占比率對應(yīng)的就是液位值，即液位為10%時，占空比為10%。占空比輸出范圍0%～100%。②尿素液位CAN信號輸出：DCU通過CAN通信線發(fā)送液位報文給組合儀表。

1.2 計量噴射系統(tǒng)

計量噴射系統(tǒng)外形如圖4所示，內(nèi)部集成計量泵、壓縮空氣電磁閥（空氣輔助式專用）、壓力傳感器、溫度傳感器等。

計量泵是計量噴射系統(tǒng)的重要組成部分。主要功能是抽取尿素箱的尿素溶液，并保持一定壓力，然后輸送到噴射單元，滿足計量噴射系統(tǒng)對流量和壓力的要求。

DCU或計量噴射系統(tǒng)通過控制壓縮空氣電磁閥向催化消聲器噴入壓縮空氣，提升尿素溶液霧化效果。

1.3 NOx傳感器

NOx傳感器（圖5）用于測量催化轉(zhuǎn)換器反應(yīng)后NOx的濃度，并將其監(jiān)測信號通過CAN線反饋給DCU和發(fā)動機ECU，用以控制尿素噴射量和OBD監(jiān)控。

圖4 計量噴射系統(tǒng)外形圖

圖5 NOx傳感器外形圖

2 SCR后處理系統(tǒng)控制原理及工作過程

2.1 SCR后處理系統(tǒng)控制原理

不同廠家SCR后處理系統(tǒng)控制原理各不相同，表1列出了各廠家后處理系統(tǒng)主要區(qū)別。圖6為凱龍SCR系統(tǒng)控制原理，圖7、圖8分別為艾可藍(lán)計量泵和威孚力達(dá)計量泵控制原理。

凱龍DCU的電源系統(tǒng)包括：主繼電器提供的常電（DCU控制，關(guān)鑰匙30s后再斷電）、鑰匙開關(guān)ON擋信號、搭鐵；DCU輸入信號包括：環(huán)境溫度傳感器、前排氣溫度傳感器、尿素溫度和液位傳感器；DCU控制執(zhí)行器包括：冷卻水電磁閥、尿素管加熱絲、尿素噴閥，同時DCU通過CAN線和NOx傳感器、發(fā)動機ECU、組合儀表進行通信，根據(jù)接收到的信號，精確計算尿素噴射量，控制尿素泵的動作。

計量噴射系統(tǒng)和DCU間的連接方式主要有以下3種：計量噴射系統(tǒng)和DCU通過硬線連接，如艾可藍(lán)（圖7）；計量噴射系統(tǒng)內(nèi)部集成控制器，通過CAN線將檢測到的溫度、壓力信號反饋給DCU，并接收DCU的控制信號，如威孚力達(dá)和依柯卡特（圖8）；計量噴射系統(tǒng)和DCU集成在一起，無需單獨接線，如凱龍和恒河。

2.2 空氣輔助式SCR系統(tǒng)工作過程

1）氣體檢測 當(dāng)車輛鑰匙開關(guān)打到ON擋時，DCU上電，計量噴射系統(tǒng)內(nèi)部的空氣電磁閥瞬間打開，DCU檢測氣體壓力。若大于設(shè)定值則進入下個狀態(tài)；若小于設(shè)定值，則進行數(shù)次氣體檢測，檢測失敗則報空氣壓力低故障。

2）填充 當(dāng)DCU檢測到發(fā)動機起動后，計量泵從尿素箱中抽吸尿素溶液，將整個尿素噴射管路填充滿尿素。目的是為了排除吸液管中的空氣，防止后期尿素計量出現(xiàn)偏差。預(yù)注成功后壓縮空氣電磁閥打開，壓縮空氣將一直從噴嘴氣孔吹出，給噴嘴降溫，防止尿素結(jié)晶，并幫助尿素溶液更好地霧化。

3）噴射前等待 該狀態(tài)為一個過渡狀態(tài)，尿素溶液填充完畢充滿整個尿素管路，氣體一直從噴嘴的氣孔噴出。

4）噴射 DCU依據(jù)原始氮氧化物、循環(huán)油耗、發(fā)動機扭矩、進排氣空氣質(zhì)量流量、排氣溫度等參數(shù)計算尿素噴射量，并將計算出來的噴射量發(fā)送給計量泵。計量泵定量地從尿素箱中抽取尿素溶液，從噴嘴噴射出來，同時壓縮空氣一直噴射。尿素溶液被噴射到排氣管中，與發(fā)動機排氣進行均勻混合并進行化學(xué)反應(yīng)，凈化排氣。

表1 不同廠家后處理系統(tǒng)主要區(qū)別

圖6 凱龍SCR系統(tǒng)控制原理

圖7 艾可藍(lán)計量泵控制原理

圖8 威孚力達(dá)計量泵控制原理

5）排空 鑰匙關(guān)閉后，計量泵由DCU控制的主繼電器繼續(xù)供電30 s，泵內(nèi)部排空電磁閥上電打開，氣體將計量泵和電加熱尿素噴射管中的尿素吹走，防止尿素凍結(jié)堵塞損傷尿素管路。

3 典型故障處理

3.1 故障現(xiàn)象

某公司生產(chǎn)的一臺國V云內(nèi)4102發(fā)動機車型，裝配威孚力達(dá)后處理系統(tǒng)。用戶提車不久，出現(xiàn)OBD燈常亮問題。車輛沒有限扭，可以正常行駛。服務(wù)站檢查了后處理的供電系統(tǒng)，無問題。更換新的DCU，故障現(xiàn)象依舊，請求技術(shù)支持。

3.2 故障診斷與分析

用KT770診斷的故障碼為：P3081——系統(tǒng)預(yù)注失敗或建壓失敗，當(dāng)前故障；P3082——進液管或進氣管堵塞或脫落或空氣電磁閥卡死。

1）故障處理 本著先易后難的原則，先檢查P3082故障。檢查進液管、回液管、進氣管沒有虧折，因為是新車，接頭處也無磨損、泄漏等現(xiàn)象，檢查線束接頭無端子脫落問題，但發(fā)現(xiàn)空氣電磁閥線束接頭未卡到位。拔下線束插頭重新插，發(fā)現(xiàn)和空氣電磁閥并不十分匹配，同時發(fā)現(xiàn)空氣閥處線束裝配明顯偏緊，和冷卻液電磁閥線束插頭又外形相近（圖9、圖10、圖11、圖12），懷疑兩插頭接反。插頭互換后，匹配合適。重新連接診斷儀，發(fā)現(xiàn)故障已為歷史故障，清碼后，OBD燈熄滅。對照線束圖（圖13），發(fā)現(xiàn)冷卻液電磁閥和空氣電磁閥在同一個分支，只是長度不同，車間裝配時插錯位置。

圖9 空氣電磁閥位置

圖10 冷卻液電磁閥位置

圖11 空氣電磁閥插頭形狀

圖12 冷卻液電磁閥插頭形狀

圖13 空氣電磁閥和冷卻液電磁閥處線束圖

2）故障分析 本次故障是因為空氣電磁閥和冷卻液電磁閥線束插頭插反導(dǎo)致。空氣電磁閥接收不到計量泵發(fā)出的信號，不能正常打開，導(dǎo)致尿素霧化不好，影響催化還原反應(yīng)，從而使NOx傳感器檢測到的氮氧化合物濃度偏高，當(dāng)檢測到NOX＞3.5g/kW·h時，點亮OBD燈。因沒有空氣注入，系統(tǒng)報進氣管堵塞或脫落或空氣電磁閥卡死故障、建壓失敗故障。

系統(tǒng)預(yù)注失敗或建壓失敗的原因有：①沒有尿素或尿素液位信號故障；②尿素泵故障；③尿素管路不通，如進液管、回液管、噴射管堵塞，噴嘴堵塞、故障等；④空氣管堵塞；⑤排氣溫度傳感器故障（排氣溫度低于200 ℃，尿素噴射系統(tǒng)不工作）；⑥加熱系統(tǒng)故障，包括加熱繼電器、加熱電磁閥、加熱絲、尿素箱溫度傳感器等（此條主要是在寒冷環(huán)境下，會引起尿素結(jié)晶，尿素管路堵塞）；⑦以上部位線束插頭退針、錯位等故障。

4 結(jié)論

本文對SCR后處理系統(tǒng)的構(gòu)成、電控原理進行分析，同時對比了不同廠家后處理系統(tǒng)的控制原理。通過典型故障分析，為后處理系統(tǒng)的故障處理提供參考意見。

［1］ 凱龍后處理系統(tǒng)整車匹配說明［Z］.

［2］ 威孚力達(dá)后處理系統(tǒng)整車匹配說明［Z］.

［3］ 艾可藍(lán)后處理系統(tǒng)整車匹配說明［Z］.

［4］ 恒河后處理系統(tǒng)整車匹配說明［Z］.

［5］ 依柯卡特后處理系統(tǒng)整車匹配說明［Z］.