在用车尾气净化DePM&NOx系统的制作方法

本发明涉及车辆尾气处理技术领域，具体涉及一种在用车尾气净化 DePM&NOx系统。

背景技术：

近年来，随着我国柴油车尾气排放标准的不断升级，大部分在用柴油车辆的排放水平远达不到新颁布的排放标准的要求，各地区纷纷对排放不达标的在用柴油动力车辆进行排放升级改造处理，以确保其排放满足现行法规要求，降低污染物排放。现多地采用的尾气净化方案中，多采用加装DPF(Diesel Particulate Filter柴油颗粒过滤器)装置的形式进行尾气中的PM(颗粒物) 净化处理。

但现有技术的缺陷和不足：1、加装DPF装置只能够过滤尾气中的PM物质， PM只是在用柴油车尾气排放的污染物的一部分，柴油车尾气中还有更多的NOx (氮氧化物)，NOx是造成雾霾等污染天气的重要因素。2、在用车加装DPF 装置，由于发动机和整车出厂时未做DPF再生标定，容易造成DPF积炭过多堵塞，造成发动机系统排气背压升高，进而导致发动机燃烧恶化、油耗增加、发动机动力输出减弱等应用问题。3、在用车加装DPF系统需要频繁的进行清灰维护，影响车主正常用车，且应用成本高昂，总体经济效果一般。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种在用车尾气净化DePM&NOx系统，采用DOC+POC+SCR同步控制的形式，同时降除柴油机尾气中的大部分PM和NOx，有效地解决了柴油机尾气污染物PM和NOx同步净化的问题，总体应用成本低，经济效果好。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种在用车尾气净化 DePM&NOx系统，包括DOC模块、POC模块、SCR模块、尿素喷加模块、压差传感器单元、排温传感器单元、NOx传感器单元和DePM&NOx控制器；所述DOC 模块安装在发动机前排气筒上，POC模块连接在DOC模块的后侧，SCR模块连接在POC模块的后侧，尿素喷加模块连接在SCR模块与POC模块之间；

所述压差传感器单元同时安装在DOC模块和POC模块上；排温传感器单元分别安装在DOC模块的前端排气筒和POC模块的后端排气筒上；NOx传感器单元分别安装在尿素喷加模块前部的排气筒上和SCR模块后端的排气筒上；

所述尿素喷加模块包括尿素泵、尿素箱和尿素喷嘴，尿素箱安装在车辆底盘上，尿素泵连接在尿素箱上，尿素喷嘴连接在尿素泵的出口上。

所述DePM&NOx控制器包括控制器电路板、铸铝合金保护外壳和64针线束连接器；

其中，控制器电路板包括了电源保护电路、DC24V转DC5V电路、DePM&NOx 控制器MCU(Microprogrammed Control Unit)电路、转速采集电路、T15信号输入电路、DOC前排温输入电路、压差输入电路、SCR前排温输入电路、SCR 后排温输入电路、进气温度输入电路、进气压力输入电路、NTC温度采集电路、 PWM波驱动电路、PWM波驱动检测电路、尿素管路加热控制及检测电路、RS485 通信电路、RS232通信电路、CAN通信电路、尿素液位温度输入电路其它外围电路等；

其它外围电路包括了程序刷写BDM电路、防静电干扰电路；

铸铝合金保护外壳包括了铸铝合金保护外壳和高分子膜防水透气塞；

尿素管路加热控制及检测电路包括了尿素管路加热电路、尿素箱加热水阀电路、总加热继电器电路、SCR电源继电器、吸液管路加热检测电路、喷射管路加热检测电路、回流管路加热检测电路、尿素箱加热水阀检测电路。

所述所述DePM&NOx控制器MCU电路采用飞思卡尔MC9S12系列嵌入式单片机处理器，所述电源保护电路采用自恢复贴片保险和TVS管、二极管等进行电源反接保护，DC24V转DC5V电路采用LM2596系列芯片完成DC24V电压到DC5V 电压的转换。

所述所述转速采集电路采用电阻分压电路采集发动机的转速脉冲信息，所述T15信号输入电路通过电阻分压电路采集发动机点火信号钥匙门T15信息。

所述DOC前排温输入电路、SCR前排温输入电路、SCR后排温输入电路、进气温度输入电路、NTC温度采集电路、尿素液位温度输入电路采用电阻分压电路采集系统相应传感器信息。

所述进气压力输入电路、压差输入电路通过采用电压直采电路采集相应传感器信息。

所述CAN通信电路通过采集CAN总线上NOx传感器报文获取系统NOx传感器信息。

所述RS485通信电路、RS232通信电路、CAN通信电路通过对应的通信线路与车载监控装置信息交互。

所述无气式SCR系统中，所述PWM波驱动电路通过大功率MOS管驱动由PWM 信号控制的尿素泵和喷嘴、PWM波驱动检测电路通过集成电路检测芯片检测驱动信息；在气助式SCR系统中，所述DePM&NOx控制器MCU电路通过CAN通信电路将尿素喷射量报文发送给尿素泵。

所述防静电干扰电路通过电容和电阻组合滤波电路消除外接静电对系统的静电干扰。

所述所述尿素管路加热电路、尿素箱加热水阀电路、总加热继电器电路、 SCR电源继电器电路通过集成驱动控制芯片完成继电器的控制。

所述吸液管路加热检测电路、喷射管路加热检测电路、回流管路加热检测电路、尿素箱加热水阀检测电路通过电流检测芯片电路实现检测。

一种在用车尾气净化DePM&NOx系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、车辆或发动机工作后，控制器电路板通过转速采集电路、T15信号输入电路获取车辆工作状态信息，通过控制SCR电源继电器电路来使得整个 DePM&NOx系统电源接通，系统开始全面工作；

步骤2、车辆或发动机运行一段时间后，当DePM&NOx控制器MCU电路通过 DOC前排温输入电路、SCR前排温输入电路、SCR后排温输入电路检测到SCR 系统满足工作条件时，通过CAN通信电路激活SCR前后NOx传感器并获取NOx 传感器信息，并通过相关软件计算逻辑计算出SCR系统所需尿素水喷射量，通过PWM波驱动电路驱动无气助尿素泵喷射尿素水或通过CAN通信电路控制气助式尿素泵喷射尿素水；

步骤3、车辆或发动机运行的全部过程中，DePM&NOx控制器MCU电路通过 DOC前排温输入电路、压差输入电路、持续监测DOC和POC的工作状态，在 DOC+POC两端压差持续超过一定限值的情况下，将发出报警信息，SCR前排温输入电路并通过RS485通信电路或RS232通信电路或CAN通信电路将报警信息发送给车载监控装置；

步骤4、车辆或发动机运行的全部过程中，DePM&NOx控制器MCU电路通过SCR前排温输入电路、SCR后排温输入电路持续检测SCR催化剂前后温度，并通过CAN通信电路持续获取SCR前后NOx传感器信息，最终实时检测和诊断SCR 系统工作状态，当诊断到系统发生故障时，发出报警信息，并通过RS485通信电路或RS232通信电路或CAN通信电路将报警信息发送给车载监控装置；

步骤5、车辆或发动机运行的全部过程中，DePM&NOx控制器MCU电路通过转速采集电路、T15信号输入电路、DOC前排温输入电路、压差输入电路、SCR 前排温输入电路、SCR后排温输入电路、进气温度输入电路、进气压力输入电路、NTC温度采集电路来检测各类传感器状态，当传感器发生短路或短路故障时，发出报警信息，并通过RS485通信电路或RS232通信电路或CAN通信电路将报警信息发送给车载监控装置；

步骤6、车辆或发动机运行的全部过程中，当外界大气温度低于零下5℃时，DePM&NOx控制器MCU电路通过尿素管路加热控制及检测电路来控制管路加热并检测各个加热管路加热状态，当发生加热故障时，发出报警信息，并通过 RS485通信电路或RS232通信电路或CAN通信电路将报警信息发送给车载监控装置。

一种在用车尾气净化DePM&NOx系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

①、发动机点火钥匙门T15信号导通检测，此状态也未系统的最初状态；

②、判断T15信号是否导通，检测T15信号电压是否达到设定阙值，如果导通则程序进入下一步运算，否则系统继续在最初始状态；

③、通过步骤②后，控制SCR系统电源继电器导通，给整个系统供电；

④、通过步骤②后，持续检测T15信号是否存在，如果检测到15信号断开，则控制系统进行步骤⑤操作；

⑤、通过步骤④之后，控制尿素泵停止喷射工作；

⑥、通过步骤⑤之后，控制尿素泵进行开孔工作；

⑦、通过步骤⑥之后，控制SCR系统电压un继电器断电操作，系统完全停止；

⑧、通过步骤③之后，检测DOC和POC两端的压差传感器信心、DOC前排温传感器信息、SCR前排温传感器信息，判断DOC和POC两端的压差是否超过限定的阙值；如果未超过阙值，则DOC和POC是正常工作状态，如果超过阙值则DOC和POC发生堵塞，下一步进行步骤⑨操作；

⑨、通过步骤⑧之后，给出压差传感器超阙值报警信息，并通过CAN通信或RS232通信或RS485通信将报警信息传递给车载监控装置；

⑩、通过步骤③之后，检测SCR系统状态，获取发动机工作时的转速、扭矩和废气流量等信息；并根据系统状态信息判定系统是否需要进行加热，如果需要进行加热，则下一步进行步骤如果不需要加热，则下一步进行步骤；

通过步骤①之后，如果需要进行加热，则进行本步骤，对尿素管路、尿素箱、尿素泵等进行加热解冻操作；

检测尿素管路、尿素箱和尿素泵等加热解冻是否完成，如果未完成，继续步骤如果已经完成，则进行步骤

判断SCR系统是否达到喷射条件，如果达到喷射条件，进行步骤，如果未达到喷射条件，则进行步骤①；

根据SCR系统状态，计算初始尿素喷射量，并控制尿素泵按照这个量进行喷射；

根据SCR系统状态，结合SCR前后NOx传感器反馈的数值，判断车辆尾气NOx排放是否达到目标，如果满足目标，则继续按照步骤进行，如果没有满足目标，则进行步骤

步骤重新调整尿素喷射量，控制尿素泵按照新的喷射量进行喷射后，进行步骤

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

采用DOC+POC+SCR同步控制的形式，同时降除柴油机尾气中的大部分PM 和NOx，有效地解决了柴油机尾气污染物PM和NOx同步净化的问题。其中DOC 是柴油氧化催化剂(Diesel Oxidation Catalyst)，用于降除尾气中的气态CO、 THC以及颗粒物中的SOF成分；POC是颗粒氧化型催化器(Particle Oxidation Catalyst)，在DOC能够将尾气中NO氧化成NO2作用下，通过NO2氧化过滤在POC上的积炭，从而实现有效过滤并降除尾气中约6％的PM。

相比与DPF采用的壁流式载体，系统背压大大降低，发动机燃烧几乎不受影响，发动机油耗和动力输出与加装尾气处理装置前几乎一致。

系统不需要进行频繁的清灰维护，仅需每3～6个月定期拆卸检查，不影响车主正常用车，相比于DPF系统成本低，应用时车主仅需添加32.5％浓度的车用尿素水，总体应用成本低，经济效果好。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为本发明在用车尾气净化DePM&NOx系统的布置关系示意图；

附图2为本发明的工作原理示意图；

附图3为本发明的控制过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1至图3所示的一种在用车尾气净化DePM&NOx系统，包括DOC模块、 POC模块、SCR模块、尿素喷加模块、压差传感器单元、排温传感器单元、NOx 传感器单元和DePM&NOx控制器；所述DOC模块安装在发动机前排气筒上，POC 模块连接在DOC模块的后侧，SCR模块连接在POC模块的后侧，尿素喷加模块连接在SCR模块与POC模块之间；

所述压差传感器单元同时安装在DOC模块和POC模块上；排温传感器单元分别安装在DOC模块的前端排气筒和POC模块的后端排气筒上；NOx传感器单元分别安装在尿素喷加模块前部的排气筒上和SCR模块后端的排气筒上；

所述尿素喷加模块包括尿素泵、尿素箱和尿素喷嘴，尿素箱安装在车辆底盘上，尿素泵连接在尿素箱上，尿素喷嘴连接在尿素泵的出口上。

DePM&NOx控制器包括控制器电路板、铸铝合金保护外壳和64针线束连接器；

其中，控制器电路板包括了电源保护电路4、DC24V转DC5V电路5、DePM&NOx 控制器MCU电路6、转速采集电路7、T15信号输入电路8、DOC前排温输入电路9、压差输入电路、SCR前排温输入电路11、SCR后排温输入电路12、进气温度输入电路13、进气压力输入电路14、NTC温度采集电路15、PWM波驱动电路16、PWM波驱动检测电路17、尿素管路加热控制及检测电路18、RS485通信电路19、RS232通信电路、CAN通信电路21、尿素液位温度输入电路22和外围电路23；

其中，其它外围电路23包括了程序刷写BDM电路、防静电干扰电路；

其中，铸铝合金保护外壳包括了铸铝合金保护外壳和高分子膜防水透气塞；

其中，尿素管路加热控制及检测电路18包括了尿素管路加热电路、尿素箱加热水阀电路、总加热继电器电路、SCR电源继电器、吸液管路加热检测电路、喷射管路加热检测电路、回流管路加热检测电路、尿素箱加热水阀检测电路。

DePM&NOx控制器MCU电路6采用飞思卡尔MC9S12系列嵌入式单片机处理器，所述电源保护电路4采用自恢复贴片保险和TVS管、二极管等进行电源反接保护，DC24V转DC5V电路5采用LM2596系列芯片完成DC24V电压到DC5V 电压的转换。

转速采集电路7采用电阻分压电路采集发动机的转速脉冲信息，所述T15 信号输入电路8通过电阻分压电路采集发动机点火信号钥匙门T15信息。

DOC前排温输入电路9、SCR前排温输入电路11、SCR后排温输入电路12、进气温度输入电路13、NTC温度采集电路15、尿素液位温度输入电路22采用电阻分压电路采集系统相应传感器信息。

进气压力输入电路14、压差输入电路通过采用电压直采电路采集相应传感器信息。

CAN通信电路21通过采集CAN总线上NOx传感器报文获取系统NOx传感器信息。

RS485通信电路19、RS232通信电路、CAN通信电路21通过对应的通信线路与车载监控装置信息交互。

无气式SCR系统中，所述PWM波驱动电路16通过大功率MOS管驱动由PWM 信号控制的尿素泵和喷嘴、PWM波驱动检测电路17通过集成电路检测芯片检测驱动信息；在气助式SCR系统中，所述DePM&NOx控制器MCU电路6通过CAN 通信电路21将尿素喷射量报文发送给气助尿素泵。

防静电干扰电路通过电容和电阻组合滤波电路消除外接静电对系统的静电干扰。

尿素管路加热电路、尿素箱加热水阀电路、总加热继电器电路、SCR电源继电器电路通过集成驱动控制芯片完成继电器的控制。

吸液管路加热检测电路、喷射管路加热检测电路、回流管路加热检测电路、尿素箱加热水阀检测电路通过电流检测芯片电路实现检测。

一种在用车尾气净化DePM&NOx系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、车辆或发动机工作后，控制器电路板通过转速采集电路7、T15 信号输入电路8获取车辆工作状态信息，通过控制SCR电源继电器电路来使得整个DePM&NOx系统电源接通，系统开始全面工作；

步骤2、车辆或发动机运行一段时间后，当DePM&NOx控制器MCU电路6 通过DOC前排温输入电路9、SCR前排温输入电路11、SCR后排温输入电路12 检测到SCR系统满足工作条件时，通过CAN通信电路21激活SCR前后NOx传感器并获取NOx传感器信息，并通过相关软件计算逻辑计算出SCR系统所需尿素水喷射量，通过PWM波驱动电路16驱动无气助尿素泵喷射尿素水或通过CAN 通信电路21控制气助式尿素泵喷射尿素水；

步骤3、车辆或发动机运行的全部过程中，DePM&NOx控制器MCU电路6通过DOC前排温输入电路9、压差输入电路、持续监测DOC和POC的工作状态，在DOC+POC两端压差持续超过一定限值的情况下，将发出报警信息，SCR前排温输入电路11并通过RS485通信电路19或RS232通信电路或CAN通信电路21 将报警信息发送给车载监控装置；

步骤4、车辆或发动机运行的全部过程中，DePM&NOx控制器MCU电路6通过SCR前排温输入电路11、SCR后排温输入电路12持续检测SCR催化剂前后温度，并通过CAN通信电路21持续获取SCR前后NOx传感器信息，最终实时检测和诊断SCR系统工作状态，当诊断到系统发生故障时，发出报警信息，并通过RS485通信电路19或RS232通信电路或CAN通信电路21将报警信息发送给车载监控装置；

步骤5、车辆或发动机运行的全部过程中，DePM&NOx控制器MCU电路6通过转速采集电路7、T15信号输入电路8、DOC前排温输入电路9、压差输入电路、SCR前排温输入电路11、SCR后排温输入电路12、进气温度输入电路13、进气压力输入电路14、NTC温度采集电路15来检测各类传感器状态，当传感器发生短路或短路故障时，发出报警信息，并通过RS485通信电路19或RS232 通信电路或CAN通信电路21将报警信息发送给车载监控装置；

步骤6、车辆或发动机运行的全部过程中，当外界大气温度低于零下5℃时，DePM&NOx控制器MCU电路6通过尿素管路加热控制及检测电路18来控制管路加热并检测各个加热管路加热状态，当发生加热故障时，发出报警信息，并通过RS485通信电路19或RS232通信电路或CAN通信电路21将报警信息发送给车载监控装置。

一种在用车尾气净化DePM&NOx系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

①、发动机点火钥匙门T15信号导通检测，此状态也未系统的最初状态；

②、判断T15信号是否导通，检测T15信号电压是否达到设定阙值，如果导通则程序进入下一步运算，否则系统继续在最初始状态；

③、通过步骤②后，控制SCR系统电源继电器导通，给整个系统供电；

④、通过步骤②后，持续检测T15信号是否存在，如果检测到15信号断开，则控制系统进行步骤⑤操作；

⑤、通过步骤④之后，控制尿素泵停止喷射工作；

⑥、通过步骤⑤之后，控制尿素泵进行开孔工作；

⑦、通过步骤⑥之后，控制SCR系统电压un继电器断电操作，系统完全停止；

⑧、通过步骤③之后，检测DOC和POC两端的压差传感器信心、DOC前排温传感器信息、SCR前排温传感器信息，判断DOC和POC两端的压差是否超过限定的阙值；如果未超过阙值，则DOC和POC是正常工作状态，如果超过阙值则DOC和POC发生堵塞，下一步进行步骤⑨操作；

⑨、通过步骤⑧之后，给出压差传感器超阙值报警信息，并通过CAN通信或RS232通信或RS485通信将报警信息传递给车载监控装置；

⑩、通过步骤③之后，检测SCR系统状态，获取发动机工作时的转速、扭矩和废气流量等信息；并根据系统状态信息判定系统是否需要进行加热，如果需要进行加热，则下一步进行步骤如果不需要加热，则下一步进行步骤；

通过步骤①之后，如果需要进行加热，则进行本步骤，对尿素管路、尿素箱、尿素泵等进行加热解冻操作；

检测尿素管路、尿素箱和尿素泵等加热解冻是否完成，如果未完成，继续步骤如果已经完成，则进行步骤

判断SCR系统是否达到喷射条件，如果达到喷射条件，进行步骤，如果未达到喷射条件，则进行步骤①；

根据SCR系统状态，计算初始尿素喷射量，并控制尿素泵按照这个量进行喷射；

根据SCR系统状态，结合SCR前后NOx传感器反馈的数值，判断车辆尾气NOx排放是否达到目标，如果满足目标，则继续按照步骤进行，如果没有满足目标，则进行步骤

步骤重新调整尿素喷射量，控制尿素泵按照新的喷射量进行喷射后，进行步骤

实施案例2

此实施案例与实施案例1的区别在于，在SCR系统中所使用的尿素喷射泵为气助式尿素泵，通过气助式尿素泵进行尿素喷和计量。

气助式尿素泵在控制过程中，在进行步骤1时，需要对泵的状态进行自检测，判断当前泵是处于初始状态、建压状态、喷射状态还是吹扫状态。只有在尿素泵处于吹扫状态，DePM&NOx系统控制器通过CAN通信电路给尿素泵喷射量信息时，尿素泵才能正常喷射。

气助式尿素泵在控制过程中，在进行步骤5时，会自动进行尿素泵自身的吹扫操作，并在吹扫结束后回到初始状态，并将状态信息通过CAN通信电路告知DePM&NOx系统控制器。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。