CN104405484A

CN104405484A - 相对独立的选择性催化还原系统

Info

Publication number: CN104405484A
Application number: CN201410572052.6A
Authority: CN
Inventors: 张耘强; 胡建中; 孔霞; 林少豪
Original assignee: SAIC Iveco Hongyan Commercial Vehicle Co Ltd
Current assignee: SAIC Iveco Hongyan Commercial Vehicle Co Ltd
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2015-03-11

Abstract

为解决现有技术选择性催化还原系统的功能分布结构存在的改变或改进困难，维修或维护困难等问题，本发明提出一种相对独立的选择性催化还原系统，将原来由发动机控制器ECM实现的对选择性催化还原技术SCR系统的管理功能改为由排气后处理控制器DCU实现；同时，ECM向DCU发送发动机转速、水温、环境温度、进气压力和实时油耗信息，DCU向ECM发送SCR系统故障信息。本发明的有益技术效果是将后处理系统的基本管理功能从发动机控制器上剥离开来，使整车厂及SCR系统集成供应商有更大的灵活性，可以根据具体的系统要求设计相关的控制方式。同时，由于DCU集合了集控制管理和执行的功能，故障源清楚，方便了维修或维护。

Description

相对独立的选择性催化还原系统

发明领域

本发明涉及到柴油重型汽车选择性催化还原技术，特别涉及到一种相对独立的选择性催化还原系统。

背景技术

为满足国Ⅳ排放标准，采用柴油发动机的重型汽车通常采用选择性催化还原技术SCR对柴油发动机排出的气体进行还原处理，即发动机的排气体在催化消声器内与尿素产生催化还原反应，使氮氢氧化物和氮化物还原成二氧化碳、氮气和水，以此降低汽车尾气中氮氧化物的含量，满足国Ⅳ的排放标准。现有技术选择性催化还原系统通常采用发动机控制器ECM实现对SCR系统的管理功能，包括SCR系统状态跳转管理、喷射系统管理、SCR系统监控、SCR系统可靠性管理、SCR系统诊断管理和排放系统的诊断OBD管理。所述喷射系统管理又包括尿素泵压力控制、尿素喷射控制和加热系统控制。采用排气后处理控制器DCU执行喷射单元驱动功能和喷射系统的信号采集及负载驱动，所述喷射系统的信号采集及负载驱动包括尿素液位、温度、压力和排气温度等信息采集，以及尿素泵和喷嘴的控制。并且，ECM安装在发动机上，DCU安装在选择性催化还原系统（通常又称为后处理系统）中，在ECM和DCU之间采用控制局域网CAN总线实现信息交互。可见，现有技术选择性催化还原系统由ECM接收DCU传来的尿素液位、温度、压力和排气温度等信息，向DCU发出控制指令， DCU接收ECU的控制指令并驱动选择性催化还原系统的尿素泵和喷嘴，实施尿素液的喷射，使发动机排出的气体在催化消声器内与尿素产生催化还原反应，使氮氢氧化物和氮化物还原成二氧化碳、氮气和水，以此降低汽车尾气中氮氧化物的含量，满足国Ⅳ的排放标准。根据目前我国重型汽车零部件生产的惯例，ECM由发动机生产厂负责组装在发动机上，DCU由后处理系统生产厂安装在后处理系统中，然后，再由整车生产厂将发动机和后处理系统安装在重型汽车上，并对后处理系统进行调试。如果整车厂需要对后处理系统进行任何改变或改进（如软件升级、调整标定数据等）均需要后处理系统生产厂、发动机生产厂、ECM生产厂和DCU生产厂参与，不仅使得改进周期长、成本高，而且，由于技术壁垒等问题，使得某些改进难于实现。另外，由于排放相关系统结构复杂，涉及部件较多，且与发动机电控系统以及SCR电控系统直接相关，因此，当其出现系统故障时，很难划分故障源，很难执行相关的售后维护。显然，现有技术选择性催化还原系统的功能分布结构存在着改变或改进困难，维修或维护困难等问题。

发明内容

为解决现有技术选择性催化还原系统的功能分布结构存在的改变或改进困难，维修或维护困难等问题，本发明提出一种相对独立的选择性催化还原系统。本发明相对独立的选择性催化还原系统将原来由发动机控制器ECM实现的对选择性催化还原技术SCR系统的管理功能改为由排气后处理控制器DCU实现，所述对SCR系统的管理功能包括SCR系统状态跳转管理、喷射系统管理、SCR系统监控、SCR系统可靠性管理、SCR系统诊断管理和排放系统诊断OBD管理；同时，ECM向DCU发送发动机转速、水温、环境温度、进气压力和实时油耗信息，DCU向ECM发送SCR系统故障信息，并且，由ECM根据SCR系统故障信息判断和控制是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能。

进一步的，所述选择性催化还原技术SCR系统状态跳转管理是指DCU根据系统运行要求在初始化状态、尿素泵关闭状态、吹扫状态、注液状态、喷射状态和诊断状态6个状态之间跳转。

进一步的，所述喷射系统管理包含尿素泵压力控制、尿素喷射控制和加热系统控制，其中，

尿素泵压力控制：DCU在设定条件下，进入注液状态，DCU控制泵内步进电机运转，每次注液动作持续30s，最多注液20次，直到压力达到设定的压力值为止，如果最终未预注成功，则发送预注失败状态信息；

尿素喷射控制：DCU通过CAN总线接收发动机的运行状态，依此计算出当前的尿素喷射量，通过CAN总线将目标尿素喷射量发送至尿素泵，在设定的排气温度条件下，尿素泵执行喷射动作；

加热系统控制：DCU在接收到尿素温度传感器以及环境温度传感器信号后，控制驱动尿素水加热电磁阀打开，引入发动机防冻液，或者控制尿素管加热电阻丝，完成对尿素箱和尿素管的加热。

进一步的，所述选择性催化还原技术SCR系统监控是指DCU负责对SCR系统进行监控，包括，尿素管是否堵塞、尿素注液是否正常完成和加热系统是否正常开启，并且，监控环境状态是否允许执行排放。

进一步的，所述选择性催化还原技术SCR系统可靠性管理是指DCU负责对系统运行的可靠性进行管理，包括：判断SCR系统的催化剂载体是否安装；判断氮氧传感器是否置于空气中；判断系统中传感器的检测值是否在设定范围，且在超出设定范围时选用替代值进行处理。

进一步的，所述SCR系统诊断管理是指DCU负责对SCR系统的排放监控设备进行诊断，包括，线束连接涉及的开路或短路故障诊断；排放超过法规规定限值后的诊断；控制器内部芯片以及存储器故障的诊断，并将相关的故障代码通过CAN总线发送到显示单元。

进一步的，所述排放系统诊断OBD管理是指根据环保部标准HJ437-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》规定的内容，需要DCU执行标准内定义的OBD管理，在排放监控系统出现故障后或者在排放的氮氧化物值超过了排放限值后，结合当前的环境温度、海拔高度和水温条件信息综合判断是否需要发送相关的故障状态信息给ECM，用于执行排放故障报警灯MIL点亮和扭矩限制激活功能。

进一步的，所述ECM根据选择性催化还原技术SCR系统故障信息判断和控制是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能，包括，

ECM通过接收DCU发送的SCR系统故障信息，根据HJ437-2008规定的内容，判断是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能；所述SCR系统的故障信息定义为无故障状态、轻微故障状态和严重故障状态3种；当DCU发送无故障状态时，ECM仅执行对MIL的自检；当DCU发送轻微故障状态时，ECM控制激活MIL点亮，提示驾驶员当前SCR系统存在轻微故障；当DCU发送严重故障状态时，ECM控制激活MIL闪亮，提示驾驶员当前SCR系统存在严重故障，同时，激活发动机扭矩限制功能。

本发明相对独立的选择性催化还原系统的有益技术效果是将后处理系统的基本管理功能从发动机控制器上剥离开来，使整车厂及SCR系统集成供应商有更大的灵活性，可以根据具体的系统要求设计相关的控制方式。同时，由于DCU集合了集控制管理和执行的功能，故障源清楚，方便了维修或维护。

附图说明

附图1是现有技术选择性催化还原系统的功能分布结构示意图；

附图2是本发明相对独立的选择性催化还原系统的功能分布结构示意图。

下面结合附图及具体实施例对本发明相对独立的选择性催化还原系统作进一步的说明。

具体实施方式

附图1是现有技术选择性催化还原系统的功能分布结构示意图，由图可知，现有技术选择性催化还原系统通常采用发动机控制器ECM实现对SCR系统的管理功能，包括SCR系统状态跳转管理、喷射系统管理、SCR系统监控、SCR系统可靠性管理、SCR系统诊断管理和排放系统的诊断OBD管理。所述喷射系统管理又包括尿素泵压力控制、尿素喷射控制和加热系统控制；采用排气后处理控制器DCU执行喷射单元驱动功能和喷射系统的信号采集及负载驱动，所述喷射系统的信号采集及负载驱动包括尿素液位、温度、压力和排气温度等信息采集，以及尿素泵和喷嘴的控制。并且，ECM安装在发动机上，DCU安装在选择性催化还原系统（通常又称为后处理系统）中，在ECM和DCU之间采用控制局域网CAN总线实现信息交互。可见，现有技术选择性催化还原系统由ECM接收DCU传来的尿素液位、温度、压力和排气温度等信息，向DCU发出控制指令， DCU接收ECU的控制指令并驱动选择性催化还原系统的尿素泵和喷嘴，实施尿素液的喷射，使发动机排出的气体在催化消声器内与尿素产生催化还原反应，使氮氢氧化物和氮化物还原成二氧化碳、氮气和水，以此降低汽车尾气中氮氧化物的含量，满足国Ⅳ的排放标准。根据目前我国重型汽车零部件生产的惯例，ECM由发动机生产厂负责组装在发动机上，DCU由后处理系统生产厂安装在后处理系统中，发动机和后处理系统均由整车厂安装在重型汽车上，再对后处理系统进行调试。如果整车厂需要对后处理系统进行任何改变或改进（如软件升级、调整标定数据等）均需要后处理系统生产厂、发动机生产厂、ECM生产厂和DCU生产厂参与，不仅仅使得改进周期长、成本高，而且，由于技术壁垒等问题，使得某些改进难于实现。另外，由于排放相关系统结构复杂，涉及部件较多，且与发动机电控系统以及SCR电控系统直接相关，因此，当其出现系统故障时，很难划分故障源，很难执行相关的售后维护。

附图2是本发明相对独立的选择性催化还原系统的功能分布结构示意图，由图可知，本发明相对独立的选择性催化还原系统将原来由发动机控制器ECM实现的对SCR系统的管理功能改为由排气后处理控制器DCU实现，所述对SCR系统的管理功能包括SCR系统状态跳转管理、喷射系统管理、SCR系统监控、SCR系统可靠性管理、SCR系统诊断管理和排放系统诊断OBD管理；同时，ECM向DCU发送发动机转速、水温、环境温度、进气压力和实时油耗信息，DCU向ECM发送SCR系统故障信息，并且，由ECM根据SCR系统故障信息判断和控制是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能。

所述SCR系统状态跳转管理是指DCU根据系统运行要求在初始化状态（Initializing）、尿素泵关闭状态（Pump off）、吹扫状态（Purging）、注液状态（Priming）、喷射状态（Dosing）和诊断状态（Diagnosis）6个状态之间跳转。

所述喷射系统管理包含尿素泵压力控制、尿素喷射控制和加热系统控制，其中，

尿素喷射控制：DCU通过CAN总线接收发动机的运行状态，从而通过分析查表，依此计算当前的尿素喷射量，通过CAN总线将目标尿素喷射量发送至尿素泵，在设定的排气温度条件下，尿素泵执行喷射动作；

加热系统控制：DCU在接收到尿素温度传感器以及环境温度传感器信号后，控制驱动尿素水加热电磁阀打开，引入发动机防冻液，或者控制尿素管加热电阻丝，完成对尿素箱和尿素管的加热。尿素水溶液的浓度为32.5%，该浓度的液体会在-11℃左右被冰冻，因此，为了使系统正常工作，需要SCR系统具备加热功能，加热系统分为尿素箱加热以及尿素管路加热。

所述SCR系统监控：DCU负责对SCR系统进行监控，包括，尿素管是否堵塞、尿素注液是否正常完成和加热系统是否正常开启，并且，监控环境状态是否允许执行排放。

所述SCR系统可靠性管理：DCU负责对系统运行的可靠性进行管理，包括：判断SCR系统的催化剂载体是否安装；判断氮氧传感器是否置于空气中；判断系统中传感器的检测值是否在设定范围，且在超出设定值时选用替代值进行处理。

所述SCR系统诊断管理：DCU负责对SCR系统的排放监控设备进行诊断，包括，线束连接涉及的开路或短路故障诊断；排放超过法规规定限值后的诊断；控制器内部芯片以及存储器故障的诊断，并将相关的故障代码通过CAN总线发送到显示单元。

所述排放系统诊断OBD管理：根据环保部标准HJ437-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》规定的内容，需要DCU执行标准内定义的OBD管理，在排放监控系统出现故障后（如氮氧传感器出现开路故障）或者在排放的氮氧化物值超过了排放限值后，结合当前的环境温度、海拔高度、水温条件等信息，综合判断是否需要发送相关的故障状态给ECM，用于执行排放故障报警灯MIL点亮和扭矩限制激活。

所述ECM根据SCR系统故障信息判断和控制是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制，包括，

ECM通过接收DCU发送的SCR系统故障信息，根据HJ437-2008规定的内容，判断是否激活MIL以及扭矩限制。SCR系统的故障信息被定义为无故障状态，轻微故障状态以及严重故障状态3种。DCU发出这些故障状态前已经综合分析了SCR系统工况和环境状况，因此，ECM仅作为执行机构，针对不同的故障状态执行相关的动作。当DCU发送无故障状态时，ECM仅按照法规执行对MIL的自检；当DCU发送轻微故障状态时，ECM控制激活MIL点亮，提示驾驶员当前SCR系统存在轻微故障；当DCU发送严重故障状态时，ECM控制激活MIL闪亮，提示驾驶员当前SCR系统存在严重故障，同时，激活发动机扭矩限制。

综上所述，采用本发明相对独立的选择性催化还原系统，可以将SCR系统的基本管理功能从ECM剥离开来，这样就使整车厂及SCR系统集成供应商有更大的灵活性。可以根据具体的系统要求设计相关的控制方式。如：不同车辆尿素箱的容积或尿素管的长度可能不相同，因此，尿素加热系统时间管理也不相同，通过DCU控制加热系统实现起来比ECM控制系统实现起来更方便。否则，由于加热系统参数的不同导致发动机ECM存在不同的标定数据，会引起发动机存在不同的规格型号，而规格型号的增加，加重了发动机物料管理以及装配、服务以及售后服务的难度。同时，将SCR系统的主要功能划分由DCU处理，可以保证SCR系统的小集成供货得以实施。另外，SCR系统与整车外部的通信连接仅需要通过2个线束接插件便可以实现，即仅需要整车提供电源，接地，钥匙电以及CAN线连接，简化了系统故障判定和故障维护。

显然，本发明相对独立的选择性催化还原系统的有益技术效果是将后处理系统的基本管理功能从发动机控制器上剥离开来，使整车厂及SCR系统集成供应商有更大的灵活性，可以根据具体的系统要求设计相关的控制方式。同时，由于DCU集合了集控制管理和执行的功能，故障源清楚，方便了维修或维护。

Claims

1.一种相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，将原来由发动机控制器ECM实现的对选择性催化还原技术SCR系统的管理功能改为由排气后处理控制器DCU实现，所述对SCR系统的管理功能包括SCR系统状态跳转管理、喷射系统管理、SCR系统监控、SCR系统可靠性管理、SCR系统诊断管理和排放系统诊断OBD管理；同时，ECM向DCU发送发动机转速、水温、环境温度、进气压力和即时油耗信息，DCU向ECM发送SCR系统故障信息，并且，由ECM根据SCR系统故障信息判断和控制是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能。

2.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述选择性催化还原技术SCR系统状态跳转管理是指排气后处理控制器DCU根据系统运行要求在初始化状态、尿素泵关闭状态、吹扫状态、注液状态、喷射状态和诊断状态6个状态之间跳转。

3.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述喷射系统管理包含尿素泵压力控制、尿素喷射控制和加热系统控制，其中，

尿素泵压力控制：后处理控制器DCU在设定条件下，进入注液状态，DCU控制泵内步进电机运转，每次注液动作持续30s，最多注液20次，直到压力达到设定的压力值为止，如果最终未预注成功，则发送预注失败状态信息；

4.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述选择性催化还原技术SCR系统监控是指后处理控制器DCU负责对SCR系统进行监控，包括，尿素管是否堵塞、尿素注液是否正常完成和加热系统是否正常开启，并且，监控环境状态是否允许执行排放。

5.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述选择性催化还原技术SCR系统可靠性管理是指后处理控制器DCU负责对系统运行的可靠性进行管理，包括：判断SCR系统的催化剂载体是否安装；判断氮氧传感器是否置于空气中；判断系统中传感器的检测值是否在设定范围，且在超出设定范围时选用替代值进行处理。

6.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述选择性催化还原技术SCR系统诊断管理是指后处理控制器DCU负责对SCR系统的排放监控设备进行诊断，包括，线束连接涉及的开路或短路故障诊断；排放超过法规规定限值后的诊断；控制器内部芯片以及存储器故障的诊断，并将相关的故障代码通过CAN总线发送到显示单元。

7.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述排放系统诊断OBD管理是指根据环保部标准HJ437-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》规定的内容，需要后处理控制器DCU执行标准内定义的OBD管理，在排放监控系统出现故障后或者在排放的氮氧化物值超过了排放限值后，结合当前的环境温度、海拔高度和水温条件信息综合判断是否需要发送相关的故障状态信息给发动机控制器ECM，用于执行排放故障报警灯MIL点亮和扭矩限制激活功能。

8.根据权利要求1所述相对独立的选择性催化还原系统，其特征在于，所述发动机控制器ECM根据选择性催化还原技术SCR系统故障信息判断和控制是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能，包括，ECM通过接收后处理控制器DCU发送的SCR系统故障信息，根据HJ437-2008规定的内容，判断是否点亮排放故障报警灯MIL和是否激活扭矩限制功能；所述SCR系统的故障信息定义为无故障状态、轻微故障状态和严重故障状态3种；当DCU发送无故障状态时，ECM仅执行对MIL的自检；当DCU发送轻微故障状态时，ECM控制激活MIL点亮，提示驾驶员当前SCR系统存在轻微故障；当DCU发送严重故障状态时，ECM控制激活MIL闪亮，提示驾驶员当前SCR系统存在严重故障，同时，激活发动机扭矩限制功能。