一种柴油发动机后处理scr控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于柴油发动机控制领域，尤其是涉及一种柴油发动机后处理SCR控制装 置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着汽车行业的发展，我国的能源和机动车环保问题变得非常严峻，人们的健康 已受到极大的威胁，我国也相继出台了日益严格的排放法规。与汽油车相比，柴油机油耗较 低，对空气污染相应减少，更加利于环保。现在新型柴油机排出的二氧化碳比汽油发动机要 低20%，排出的CO、HC也较少。但是，柴油机的叫排放和微粒排放比汽油机严重，也成为 其发展的阻碍，尤其是用于人口密集地区的乘用车上，尾气处理装置成为必需。
[0003] 目前，高效的柴油车尾气处理装置主要有EGR路线和SCR路线，EGR技术在机内降 低NO x的排放，对发动机改动较大，燃油喷射压力也相对较高，对燃油中硫的含量也比较敏 感，由于我国的石油近一半依靠进口，且存在燃油中硫含量高、各地分布不均的现象，燃油 中的含硫量全面低于0.005% (质量分数）的要求比较难以实现。因此，我国企业在选择中 /重型车用柴油机满足国IV、国V排放法规要求打算采用的技术路线时，柴油机燃油耗和对 硫的敏感性是选择技术方案必须考虑的重要因素。作为欧洲排放法规的响应者，并根据我 国国情，国内研宄机构和主要柴油机企业达成一致意见，即当前在中国将SCR技术作为满 足未来国IV、国V排放标准法规的主要技术路线。成本会有一定幅度的提高。SCR技术方 案发动机由于优化了喷油规律，扣除尿素的成本费用，仍具有一定的节油优势。这对于发动 机制造商来说，是吸引消费者的一大亮点。此外，由于SCR技术路线对燃油中的硫不敏感。 燃油品质的低要求可进一步降低SCR路线的使用成本，并有利于在燃油硫含量高的国家和 地区在短时间内投入使用。
[0004] 我国已经是世界第一大汽车生产及消费国，而且将长期保持良好的增长势头。其 中几乎全部使用柴油动力的中重型商用车更是占据了世界主要经济体的市场销量的一半。 目前在我国大多数主要城市的污染物中，机动车排出的废气是主要的来源，而其中颗粒物 的排放主要来自柴油车。在大力推行节能减排、提倡可持续发展的国家战略的大环境下，预 计国内的机动车排放标准升级速度将不断加快，因此在我国大力发展柴油车的背景下，研 制高效的柴油车尾气处理装置仍然十分必要。
[0005] SCR系统基本由尿素储存罐、尿素喷射系统、控制系统和催化器组成。通过向汽车 排出的气体中喷入尿素，尿素分解为NH 3来还原其中的NO x。随着各国对汽车排放法规的日 益严格，国外许多汽车及发动机制造商已经采用SCR技术来降低车用柴油机N0 X的排放，并 得到了很大的发展。尿素消耗量约为柴油消耗量的5%，配备SCR系统的维修成本不会增 加，无需使用低硫柴油。SCR技术能够使N0 X还原到理想程度，并通过优化燃烧，明显改善燃 油消耗率曲线，提高燃油经济性能。
[0006] 在目前条件下对于满足国IV排放标准的柴油车的排放控制，SCR技术逐渐成为机 动车排放控制领域人们关注的焦点和最佳的控制方案。控制系统及SCR催化剂技术作为 SCR技术的核心，也逐渐受到越来越多的关注。
[0007] 现有技术中，关于SCR控制系统也有很多研宄，现有的技术方案存在很多缺陷：没 有电磁兼容设计，SCR控制装置是商用车上用的控制系统，商用车上电磁干扰比较严重，SCR 控制装置可靠性下降；没有电源管理系统，没有低功耗设计，不具备节能功能；现有系统只 具有一路CAN接口，这样就很难兼容发动机、计量泵、仪表、感器、OBD设备多路CAN不 同波特率和数据协议之间的兼容性，而且由于发动机CAN接口并入多路CAN设备，数据容量 急剧增大，对车辆发动机本身CAN网络数据交换存在安全隐患；和汽车仪表接口没有采用 冗余设计，汽车仪表功能结构不一样，SCR控制装置和仪表接口就不一样。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油发动机后处理SCR控制装置及控制方法，以 实现高效的柴油车尾气处理。
[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0010] 一种柴油发动机后处理SCR控制装置，包括SCR控制器100、发动机200、排气管 300、催化器400、计量泵500、N0 X传感器600、尿素罐700、上游温度传感器800、下游温度传 感器900、喷嘴1000、冷却水控制电磁阀1100、供水管路1200、加热管路1300、尿素溶液管路 1400、仪表1500、0BD诊断设备1600 ;
[0011] 所述SCR控制器包括MCU模块101、电源管理模块102、上游温度信号处理模块 103、下游温度信号处理模块104、尿素罐温度信号处理模块105、尿素罐液位信号处理模块 106、功率驱动模块107、存储模块108、时钟模块109、发动机CAN接口 110、计量泵N0X CAN 接口 111、仪表诊断CAN接口 112、仪表输出模块113 ;所述上游温度信号处理模块103、下游 温度信号处理模块104、尿素罐温度信号处理模块105、尿素罐液位信号处理模块106、功率 驱动模块107、存储模块108、时钟模块109、发动机CAN接口 110、计量泵N0X CAN接口 111、 仪表诊断CAN接口 112、仪表输出模块113与所述MCU模块101、电源管理模块102都相连；
[0012] 所述发动机200通过所述发动机CAN接口 110与所述MCU模块101连接；所述排 气管300与所述催化器400连接；所述计量泵500与通过所述计量泵N0X CAN接口 111与 所述MCU模块101连接；所述尿素罐700上的温度传感器通过所述尿素罐温度信号处理模 块105与所述MCU模块101连接；所述尿素罐700上的液位传感器通过所述尿素罐液位信 号处理模块106与所述MCU模块101连接；所述上游温度传感器800通过所述上游温度信 号处理模块103与所述MCU模块101相连接；所述下游温度传感器900通过所述下游温度 信号处理模块104与所述MCU模块101连接；所述喷嘴1000安装在所述排气管300上并与 所述计量泵500连接；所述冷却水控制电磁阀1100与所述供水管路1200连接；所述冷却水 控制电磁阀1100通过所述功率驱动模块107与MCU模块101连接；所述供水管路1200连 接发动机冷却水和尿素罐700供水管路；所述加热管路1300是所述尿素溶液管路1400外 部包的一层加热管路，通过所述功率驱动模块107与所述MCU模块101连接；所述仪表1500 通过所述仪表诊断CAN接口 112和所述仪表输出模块113与所述MCU模块101连接；所述 0BD诊断设备1600通过所述仪表诊断CAN接口 112与所述MCU模块101连接；所述电源管 理模块102包括汽车电瓶输入电源EMI处理模块、电压转换模块以及兼容模块。
[0013] 进一步的，所述汽车电瓶输入电源EMI处理模块的电源连接高性能EMI滤波器L1 的输入端，电源与输入端口之间并联稳压二极管、压敏电阻R1和电容Cl，高性能EMI滤波器 L1的输出端并联电容C2、C3,电压转换模块的高性能汽车稳压电源N1连接高性能EMI滤波 器L1的输出端，高性能EMI滤波器L1与高性能汽车稳压电源N1之间连接二极管F1、电阻 R1、电容C4、电容C5,高性能汽车稳压电源N1的输出端连接电阻R2、电阻R3、电容C6,兼容 模块的芯片N2的输入端连接电压转换模块的输出端，高性能汽车稳压电源N1与芯片N2之 间连接电阻R10,芯片N2的输出端连接电阻R11。
[0014] 进一步的，所述上游温度处理模块103、下游温度处理模块104包括A/D转换电源 电路和控制电路；所述A/D转换电源电路包括参考电压电路和A/D转换5V电路；所述参考 电压电路包括高精度参考电压源N3,连接滤波电容C8、电容C9、电容C10;所述A/D转换5V 电路包括电压源N4,电压源N4输入端连接经过EMI滤波器（L1)处理后的24V电源，电压源 N4与高性能汽车稳压电源N1之间连接电阻R(13)、电容（C11)，电压源N4输出端连接电阻 R(14)、R(15)、电容C (12)、电容C13、电容C14 ;所述控制电路包括运算放大器N7,运算放大 器N7输入端连接电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C16、电容 C19,输出端连接电阻R25、电阻R29、电容C18、电容C20。
[0015] 进一步的，所述尿素罐温度信号处理模块105、尿素罐液位信号处理模块106包括 信号处理电路；所述信号处理电路包括运算放大器N8,运算放大器N8的输入端连接电阻 R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电容C21、电容 C25,运算放大器N8的输出端连接电阻R35、电阻R40、电容C24。
[0016] 进一步的，所述功率驱动模块107包括带闭环检测功率控制电路和冷却水电磁阀 控制电路；所述带闭环检测功率控制电路采用控制芯片N5,控制芯片N5连接二极管N19、电 阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电容R66、电阻R67;所述冷却水电磁阀控制 电路采用控制芯片N6，控制芯片N6连接二极管N19、电阻R68、电阻R69、电阻R70、电阻R71。
[0017]进一步的，所述发动机CAN接口 110、计量泵N0X CAN接口 111、仪表诊断CAN接口 112的CAN总线电路包括CAN收发器N11、共模抑制器N9、保护器N10,共模抑制器N9连接 电阻R41、电阻R42,共模抑制器N9通过电阻R43、电阻R44连接CAN收发器N11，保护器N10 通过电阻R45连接CAN收发器Nl 1。
[0018] 进一步的，所述存储模块108包括存储器N4,存储器N4连接电阻R80、电阻R90、电 阻R91、电容C35。
[0019] 进一步的，所述时钟模块109包括时钟芯片N17、电源管理电路芯片N16,时钟芯片 N17的振荡电路包括电容C46、电容C47、晶体源G2,时钟芯片N17连接电容C48、电容C49、 电阻R57、电阻R58、电阻R59。
[0020] 进一步的，所述仪表输出模块113包括仪表显示电路和报警电路；所述仪表显示 电路包括开关二极管VT10以及与开关二极管VT10连接的电阻R75、电阻R76、电阻R77、电 阻R78、电阻R79、电阻R80、电阻R81、电容C48、电容C49 ;所述报警电路包括二极管VT11、二 极管VT12,二极管VT11连接电阻R90、电阻R91、电阻R92、电阻R93、电阻R94,二极管VT11 与二极管VT12连接。
[0021] 相对于现有技术，本发明所述的一种柴油发动机后处理SCR控制装置具有以下优 势：本发明提供的一种柴油发动机后处理SCR控制装置，取出柴油机排气中的叫效率达到 85%，满足车辆柴油机发动机达到国V排放标准并实现0BD功能。通过选择Infineon汽车 级XC2287满足SCR硬件系统资源和相关控制算法的需求，简化了硬件设计，提高了系统可 靠性；通过电源和电磁兼容设计，提高了系统可靠性和安全性；通过电源管理设计，实现了 系统低功耗功能；采用3路CAN接口设计，其中发动机一路单独CAN接口，不给这条总线上 发送数据，不影响发动机CAN接口数据负载率，保证发动机CAN总线正常工作，另外一路为 计量泵和N〇x传感器数据交换用，最后一路为仪表和诊断仪用，仪表厂家不同CAN总线通信 设置参数不一样，采用一条独立的CAN总线提高了SCR控制器系统的兼容性；通过模拟电路 采集硬件设计，提高了系统信号采集精度和稳定性，从而提高了尿素喷射量控制精度；通过 设计硬件闭环系统控制系统功率输出，提高了系统功率输出可靠性并实现OBD诊断功能； 通过设计汽车级时钟电路，为SCR控制装置提供时钟；通过设计和仪表兼容接口，兼容不同 商用车仪表接口，通过兼容性设计，满足模拟、数字仪表的驱动。
[0022] 本发明的另一目的在于提出一种柴油发动机后处理SCR控制方法，以实现对上述 控制系统进行控制。
[0023] 为达到上述目的，本发明的技