一種柴油發動機后處理scr控制裝置及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于柴油發動機控制領域，尤其是涉及一種柴油發動機后處理SCR控制裝 置及控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著汽車行業的發展，我國的能源和機動車環保問題變得非常嚴峻，人們的健康 已受到極大的威脅，我國也相繼出臺了日益嚴格的排放法規。與汽油車相比，柴油機油耗較 低，對空氣污染相應減少，更加利于環保。現在新型柴油機排出的二氧化碳比汽油發動機要 低20%，排出的CO、HC也較少。但是，柴油機的叫排放和微粒排放比汽油機嚴重，也成為 其發展的阻礙，尤其是用于人口密集地區的乘用車上，尾氣處理裝置成為必需。
[0003] 目前，高效的柴油車尾氣處理裝置主要有EGR路線和SCR路線，EGR技術在機內降 低NO x的排放，對發動機改動較大，燃油噴射壓力也相對較高，對燃油中硫的含量也比較敏 感，由于我國的石油近一半依靠進口，且存在燃油中硫含量高、各地分布不均的現象，燃油 中的含硫量全面低于0.005% (質量分數）的要求比較難以實現。因此，我國企業在選擇中 /重型車用柴油機滿足國IV、國V排放法規要求打算采用的技術路線時，柴油機燃油耗和對 硫的敏感性是選擇技術方案必須考慮的重要因素。作為歐洲排放法規的響應者，并根據我 國國情，國內研宄機構和主要柴油機企業達成一致意見，即當前在中國將SCR技術作為滿 足未來國IV、國V排放標準法規的主要技術路線。成本會有一定幅度的提高。SCR技術方 案發動機由于優化了噴油規律，扣除尿素的成本費用，仍具有一定的節油優勢。這對于發動 機制造商來說，是吸引消費者的一大亮點。此外，由于SCR技術路線對燃油中的硫不敏感。 燃油品質的低要求可進一步降低SCR路線的使用成本，并有利于在燃油硫含量高的國家和 地區在短時間內投入使用。
[0004] 我國已經是世界第一大汽車生產及消費國，而且將長期保持良好的增長勢頭。其 中幾乎全部使用柴油動力的中重型商用車更是占據了世界主要經濟體的市場銷量的一半。 目前在我國大多數主要城市的污染物中，機動車排出的廢氣是主要的來源，而其中顆粒物 的排放主要來自柴油車。在大力推行節能減排、提倡可持續發展的國家戰略的大環境下，預 計國內的機動車排放標準升級速度將不斷加快，因此在我國大力發展柴油車的背景下，研 制高效的柴油車尾氣處理裝置仍然十分必要。
[0005] SCR系統基本由尿素儲存罐、尿素噴射系統、控制系統和催化器組成。通過向汽車 排出的氣體中噴入尿素，尿素分解為NH 3來還原其中的NO x。隨著各國對汽車排放法規的日 益嚴格，國外許多汽車及發動機制造商已經采用SCR技術來降低車用柴油機N0 X的排放，并 得到了很大的發展。尿素消耗量約為柴油消耗量的5%，配備SCR系統的維修成本不會增 加，無需使用低硫柴油。SCR技術能夠使N0 X還原到理想程度，并通過優化燃燒，明顯改善燃 油消耗率曲線，提高燃油經濟性能。
[0006] 在目前條件下對于滿足國IV排放標準的柴油車的排放控制，SCR技術逐漸成為機 動車排放控制領域人們關注的焦點和最佳的控制方案。控制系統及SCR催化劑技術作為 SCR技術的核心，也逐漸受到越來越多的關注。
[0007] 現有技術中，關于SCR控制系統也有很多研宄，現有的技術方案存在很多缺陷：沒 有電磁兼容設計，SCR控制裝置是商用車上用的控制系統，商用車上電磁干擾比較嚴重，SCR 控制裝置可靠性下降；沒有電源管理系統，沒有低功耗設計，不具備節能功能；現有系統只 具有一路CAN接口，這樣就很難兼容發動機、計量泵、儀表、感器、OBD設備多路CAN不 同波特率和數據協議之間的兼容性，而且由于發動機CAN接口并入多路CAN設備，數據容量 急劇增大，對車輛發動機本身CAN網絡數據交換存在安全隱患；和汽車儀表接口沒有采用 冗余設計，汽車儀表功能結構不一樣，SCR控制裝置和儀表接口就不一樣。

【發明內容】

[0008] 有鑒于此，本發明旨在提出一種柴油發動機后處理SCR控制裝置及控制方法，以 實現高效的柴油車尾氣處理。
[0009] 為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
[0010] 一種柴油發動機后處理SCR控制裝置，包括SCR控制器100、發動機200、排氣管 300、催化器400、計量泵500、N0 X傳感器600、尿素罐700、上游溫度傳感器800、下游溫度傳 感器900、噴嘴1000、冷卻水控制電磁閥1100、供水管路1200、加熱管路1300、尿素溶液管路 1400、儀表1500、0BD診斷設備1600 ;
[0011] 所述SCR控制器包括MCU模塊101、電源管理模塊102、上游溫度信號處理模塊 103、下游溫度信號處理模塊104、尿素罐溫度信號處理模塊105、尿素罐液位信號處理模塊 106、功率驅動模塊107、存儲模塊108、時鐘模塊109、發動機CAN接口 110、計量泵N0X CAN 接口 111、儀表診斷CAN接口 112、儀表輸出模塊113 ;所述上游溫度信號處理模塊103、下游 溫度信號處理模塊104、尿素罐溫度信號處理模塊105、尿素罐液位信號處理模塊106、功率 驅動模塊107、存儲模塊108、時鐘模塊109、發動機CAN接口 110、計量泵N0X CAN接口 111、 儀表診斷CAN接口 112、儀表輸出模塊113與所述MCU模塊101、電源管理模塊102都相連；
[0012] 所述發動機200通過所述發動機CAN接口 110與所述MCU模塊101連接；所述排 氣管300與所述催化器400連接；所述計量泵500與通過所述計量泵N0X CAN接口 111與 所述MCU模塊101連接；所述尿素罐700上的溫度傳感器通過所述尿素罐溫度信號處理模 塊105與所述MCU模塊101連接；所述尿素罐700上的液位傳感器通過所述尿素罐液位信 號處理模塊106與所述MCU模塊101連接；所述上游溫度傳感器800通過所述上游溫度信 號處理模塊103與所述MCU模塊101相連接；所述下游溫度傳感器900通過所述下游溫度 信號處理模塊104與所述MCU模塊101連接；所述噴嘴1000安裝在所述排氣管300上并與 所述計量泵500連接；所述冷卻水控制電磁閥1100與所述供水管路1200連接；所述冷卻水 控制電磁閥1100通過所述功率驅動模塊107與MCU模塊101連接；所述供水管路1200連 接發動機冷卻水和尿素罐700供水管路；所述加熱管路1300是所述尿素溶液管路1400外 部包的一層加熱管路，通過所述功率驅動模塊107與所述MCU模塊101連接；所述儀表1500 通過所述儀表診斷CAN接口 112和所述儀表輸出模塊113與所述MCU模塊101連接；所述 0BD診斷設備1600通過所述儀表診斷CAN接口 112與所述MCU模塊101連接；所述電源管 理模塊102包括汽車電瓶輸入電源EMI處理模塊、電壓轉換模塊以及兼容模塊。
[0013] 進一步的，所述汽車電瓶輸入電源EMI處理模塊的電源連接高性能EMI濾波器L1 的輸入端，電源與輸入端口之間并聯穩壓二極管、壓敏電阻R1和電容Cl，高性能EMI濾波器 L1的輸出端并聯電容C2、C3,電壓轉換模塊的高性能汽車穩壓電源N1連接高性能EMI濾波 器L1的輸出端，高性能EMI濾波器L1與高性能汽車穩壓電源N1之間連接二極管F1、電阻 R1、電容C4、電容C5,高性能汽車穩壓電源N1的輸出端連接電阻R2、電阻R3、電容C6,兼容 模塊的芯片N2的輸入端連接電壓轉換模塊的輸出端，高性能汽車穩壓電源N1與芯片N2之 間連接電阻R10,芯片N2的輸出端連接電阻R11。
[0014] 進一步的，所述上游溫度處理模塊103、下游溫度處理模塊104包括A/D轉換電源 電路和控制電路；所述A/D轉換電源電路包括參考電壓電路和A/D轉換5V電路；所述參考 電壓電路包括高精度參考電壓源N3,連接濾波電容C8、電容C9、電容C10;所述A/D轉換5V 電路包括電壓源N4,電壓源N4輸入端連接經過EMI濾波器（L1)處理后的24V電源，電壓源 N4與高性能汽車穩壓電源N1之間連接電阻R(13)、電容（C11)，電壓源N4輸出端連接電阻 R(14)、R(15)、電容C (12)、電容C13、電容C14 ;所述控制電路包括運算放大器N7,運算放大 器N7輸入端連接電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R26、電阻R27、電阻R28、電容C16、電容 C19,輸出端連接電阻R25、電阻R29、電容C18、電容C20。
[0015] 進一步的，所述尿素罐溫度信號處理模塊105、尿素罐液位信號處理模塊106包括 信號處理電路；所述信號處理電路包括運算放大器N8,運算放大器N8的輸入端連接電阻 R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R36、電阻R37、電阻R38、電阻R39、電容C21、電容 C25,運算放大器N8的輸出端連接電阻R35、電阻R40、電容C24。
[0016] 進一步的，所述功率驅動模塊107包括帶閉環檢測功率控制電路和冷卻水電磁閥 控制電路；所述帶閉環檢測功率控制電路采用控制芯片N5,控制芯片N5連接二極管N19、電 阻R61、電阻R62、電阻R63、電阻R64、電阻R65、電容R66、電阻R67;所述冷卻水電磁閥控制 電路采用控制芯片N6，控制芯片N6連接二極管N19、電阻R68、電阻R69、電阻R70、電阻R71。
[0017]進一步的，所述發動機CAN接口 110、計量泵N0X CAN接口 111、儀表診斷CAN接口 112的CAN總線電路包括CAN收發器N11、共模抑制器N9、保護器N10,共模抑制器N9連接 電阻R41、電阻R42,共模抑制器N9通過電阻R43、電阻R44連接CAN收發器N11，保護器N10 通過電阻R45連接CAN收發器Nl 1。
[0018] 進一步的，所述存儲模塊108包括存儲器N4,存儲器N4連接電阻R80、電阻R90、電 阻R91、電容C35。
[0019] 進一步的，所述時鐘模塊109包括時鐘芯片N17、電源管理電路芯片N16,時鐘芯片 N17的振蕩電路包括電容C46、電容C47、晶體源G2,時鐘芯片N17連接電容C48、電容C49、 電阻R57、電阻R58、電阻R59。
[0020] 進一步的，所述儀表輸出模塊113包括儀表顯示電路和報警電路；所述儀表顯示 電路包括開關二極管VT10以及與開關二極管VT10連接的電阻R75、電阻R76、電阻R77、電 阻R78、電阻R79、電阻R80、電阻R81、電容C48、電容C49 ;所述報警電路包括二極管VT11、二 極管VT12,二極管VT11連接電阻R90、電阻R91、電阻R92、電阻R93、電阻R94,二極管VT11 與二極管VT12連接。
[0021] 相對于現有技術，本發明所述的一種柴油發動機后處理SCR控制裝置具有以下優 勢：本發明提供的一種柴油發動機后處理SCR控制裝置，取出柴油機排氣中的叫效率達到 85%，滿足車輛柴油機發動機達到國V排放標準并實現0BD功能。通過選擇Infineon汽車 級XC2287滿足SCR硬件系統資源和相關控制算法的需求，簡化了硬件設計，提高了系統可 靠性；通過電源和電磁兼容設計，提高了系統可靠性和安全性；通過電源管理設計，實現了 系統低功耗功能；采用3路CAN接口設計，其中發動機一路單獨CAN接口，不給這條總線上 發送數據，不影響發動機CAN接口數據負載率，保證發動機CAN總線正常工作，另外一路為 計量泵和N〇x傳感器數據交換用，最后一路為儀表和診斷儀用，儀表廠家不同CAN總線通信 設置參數不一樣，采用一條獨立的CAN總線提高了SCR控制器系統的兼容性；通過模擬電路 采集硬件設計，提高了系統信號采集精度和穩定性，從而提高了尿素噴射量控制精度；通過 設計硬件閉環系統控制系統功率輸出，提高了系統功率輸出可靠性并實現OBD診斷功能； 通過設計汽車級時鐘電路，為SCR控制裝置提供時鐘；通過設計和儀表兼容接口，兼容不同 商用車儀表接口，通過兼容性設計，滿足模擬、數字儀表的驅動。
[0022] 本發明的另一目的在于提出一種柴油發動機后處理SCR控制方法，以實現對上述 控制系統進行控制。
[0023] 為達到上述目的，本發明的技