一种SCR设备故障检测系统的制作方法

本实用新型属于SCR尾气后处理技术领域，尤其涉及一种SCR设备故障检测系统。

背景技术：

随着国家对汽车尾气排放标准的要求越来越严，发动机后处理系统作为减少柴油机尾气污染物排放的重要手段得到了广泛应用，对于改善因尾气排放而造成的环境污染发挥了显著的作用。SCR装置依据氮氧还原基本原理，将尿素水溶液作为还原剂，在催化剂表面涂层的催化作用下，将废气中的NOX还原成N2和H2O，受工作环境(发动机尾气高温高压)、尿素液质量等影响，常用尿素泵及传感器易丧失正常功能，导致尾气排放不达标并污染环境。

针对当前国标排放的迫切要求，使用尿素泵已经作为解决尾气排放达标的必要手段。目前国内SCR系统类型多，产品多样，大多数检测设备无法全面覆盖，且检测台不易携带和现场操作，出现故障时只能拆卸发回原厂维修，增加了设备的运行成本。

尿素喷射系统作为后处理系统的核心部件。(1)对尿素泵的检测：关注的是其泵腔和出口压力、尿素喷射量、喷雾质量、温度以及尿素泵部件的检测，如压力传感器，空气阀，倒吸阀，加热丝等。(2)对NOx传感器的检测：关注的是NOx传感器自身及反应前后的氮氧值是否正常。

国内研究状况：受工作环境(发动机尾气高温高压)、尿素液质量等影响，常用尿素泵易丧失正常功能，导致尾气排放不达标并污染环境。针对当前国标排放的迫切要求，使用尿素泵已经作为解决尾气排放达标的必要手段，所以研制尿素泵检测设备具有重要意义，并为汽车尾气排放及环境保护做出贡献。

目前国内市场上尿素喷射系统(尿素泵)检测仪的功能单一且操作繁琐，不易携带。市场上的尿素泵检测仪大多以市电供电，无法现场供电检查故障；检测功能分散；支持泵类型单一；显示内容简陋(无法实时显示各监测点状态，无法提供操作提示及故障点说明)；无法自主设定参数等。

俞潮军于2016年6月申请的专利《SCR系统中尿素泵和NOx传感器诊断测试装置(CN106050380A)》中提出了一种SCR系统诊断装置，该装置包括主控制器、CAN控制器、电源模块以及显示系统。该装置连接NOx传感器及尿素泵均为CAN方式，对于尿素泵内部部件的信号采集及驱动均未做任何描述，对于其依赖于CAN方式接收并判断故障的方法，在实际检修中具有局限性，特别是针对非CAN连接驱动的尿素泵，此装置不具有任何诊断能力。

边敦新与单辉于2015年4月申请的专利《尿素泵测试台(CN204572417U)》中提出了一种尿素泵内部故障检测设备，该设备包括尿素泵、清洗管路和测试管路。该设备中尿素泵的回液端连接测试管路进而实现对尿素泵内部部件的故障进行检测，但其系统处理速度慢，人机交互界面不够友善等缺点，且尿素泵是通过线路和与控制系统形成通讯连接，成本高，实时性较低。

技术实现要素：

针对检测台不易携带和现场操作，出现故障时只能拆卸发回原厂维修，无法现场供电检查故障；检测功能分散；支持泵类型单一；显示内容简陋(无法实时显示各监测点状态，无法提供操作提示及故障点说明)；无法自主设定参数等问题，而提供一种基于Cortex-M3处理器的SCR设备故障检测系统，实现尿素泵(CAN连接及非CAN连接)、NOx传感器的检测。

本实用新型一种SCR设备故障检测系统，用于实时监控柴油机尾气处理系统各部件的工作状况，显示故障部位并提供维修指导，包括有主控模块、显示触控模块、采集模块、通讯模块、驱动模块、检测模块和电源模块，所述采集模块将采集到的信息传递给主控模块，所述主控模块将分析处理后的信息传送至通讯模块和显示触控模块，使用者根据所述显示触控模块显示采集到的数据进行设备信息监控，并输入控制参数传送至主控模块，主控模块接收控制信息并结合采集处理后的信息发送至通讯模块或驱动模块。

柴油机尾气处理系统主要由催化器，尿素箱，定量给料单元，喷嘴，传感器，压缩空气罐，空气滤等组成。

进一步地，所述采集模块采集到的信息包括有泵压力、喷口压力、液体温度、负载电流、液位。其中负载电流信息作为输出保护，其他信息做为了反馈泵的实时状态。

进一步地，所述通讯模块包括有CAN通讯模块和蓝牙/串口通讯模块。所述串口/蓝牙模块支持PC或平板等设备进行监控，可观测实时数据。所述CAN通讯模块支持CAN协议通信，可使用CAN通信来读取并测试CAN连接控制的尿素泵，并和ECU通信。

进一步地，所述驱动模块为非CAN连接外设，其使用设备的驱动电路对泵内设备直接控制。

进一步地，所述CAN通讯模块和所述驱动模块驱动主控模块对泵压力、喷射、泵电机进行驱动控制。

进一步地，所述检测模块采用氮氧化合物传感器进行尿素泵检测。使用CAN通信的方式，读取并测试NOx传感器，进而来进行CAN连接的尿素泵工作效果检测。

进一步地，所述显示触控模块采用迪文屏进行功能调试和人机互换信息，也可通过蓝牙/串口连接至平板或PC机。采用高分辨率工业迪文屏，工作稳定可靠，把采集到的各种数据显示给用户。系统的主要输入设备，各部分功能的调试和人机交互信息输入都是通过触摸屏来实现。本触摸屏是电阻式的，采集精度为十二位，操作准确度高。

进一步地，所述电源模块既可接市电也可外接汽车电源，方便现场检测使用，具有短路保护功能。

本实用新型一种SCR设备故障检测系统采用迪文屏作为显示触控模块，使得系统具有可视化、触摸操作的人机交互界面。在主控模块采用Cortex-M3高速处理器，保证了数据的监控和控制功能的实现。通过人机交互界面，可以实时监控柴油机尾气处理系统各部件的工作状况及尿素泵的喷射量、温度、压力等数据，显示故障部位并提供维修指导；同时，根据显示触控模块显示的不正常数据，主控模块对柴油机尾气处理系统各部件进行检测，针对故障位置提供维修指导。

附图说明

图1为本实用新型SCR设备故障检测系统的架构框图；

图2为本实用新型SCR设备故障检测系统的工作原理图。

具体实施方式

参照图1-2，本实用新型一种SCR设备故障检测系统，用于实时监控柴油机尾气处理系统各部件的工作状况，显示故障部位并提供维修指导，包括有主控模块10、显示触控模块11、采集模块12、通讯模块13、驱动模块16、检测模块14和电源模块15，所述采集模块12将采集到的信息传递给主控模块10，所述主控模块10将分析处理后的信息传送至通讯模块13和显示触控模块11，使用者根据所述显示触控模块11显示采集到的数据进行设备信息监控，并输入控制参数传送至主控模块10，主控模块10接收控制信息并结合采集处理后的信息发送至通讯模块13或驱动检测模块14。

所述主控模块10采用STM2F103芯片。

柴油机尾气处理系统主要由催化器，尿素箱，定量给料单元，喷嘴，传感器，压缩空气罐，空气滤等组成。

所述采集模块12采集到的信息包括有泵压力、喷口压力、液体温度、负载电流、液位。其中负载电流信息作为输出保护，其他信息做为了反馈泵的实时状态。

所述通讯模块13包括有CAN通讯模式131和蓝牙/串口通讯模块132。所述蓝牙/串口通讯模块132支持PC或平板等设备进行监控，可观测实时数据。所述CAN通讯模块131支持CAN协议通信，可使用CAN通信来读取并测试CAN连接控制的尿素泵，并和ECU通信。所述驱动模块16使用设备的驱动电路对泵内设备直接控制。

所述CAN通讯模块131和所述驱动模块16驱动主控模块对泵压力、喷射、泵电机进行控制。

所述检测模块14采用氮氧化合物传感器进行尿素泵检测。使用CAN通信的方式，读取并测试NOx传感器，进而来进行CAN连接的尿素泵工作效果检测。

所述显示触控模块11采用迪文屏进行功能调试和人机互换信息。采用高分辨率工业迪文屏，工作稳定可靠，把采集到的各种数据显示给用户。系统的主要输入设备，各部分功能的调试和人机交互信息输入都是通过触摸屏来实现。本触摸屏是电阻式的，采集精度为十二位，操作准确度高。

所述电源模块15既可接市电也可外接汽车电源，方便现场检测使用，具有短路保护功能。

当显示触控模块11显示泵压力值超出正常范围值，主控模块10对尿素泵进行检测，针对故障位置给予维修指导。

当显示触控模块11显示喷口压力值不在正常范围值内，主控模块10对喷嘴进行检测，针对故障位置给予维修指导。

当显示触控模块11显示液体温度超出正常范围值，主控模块10分别对尿素箱和传感器进行检测，针对故障位置给予维修指导。

当显示触控模块11显示负载电流超出正常范围值，主控模块10对尿素喷嘴电磁阀进行检测，针对故障位置给予维修指导。

当显示触控模块11显示液位超出正常范围值，主控模块10分别对尿素箱和传感器进行检测，针对故障位置给予维修指导。

维修指导：

传感器较易出现故障，常见故障为：液位显示不准确，温度显示异常，及故障灯常亮并报出液位温度传感器故障等。引起这类故障的原因主要是：传感器损坏，传感器接插件虚接、短路，及相关线束故障。有时，液位温度传感器与主机厂电器参数不匹配也会造成液位、温度异常，甚至报出传感器故障。

一、尿素液位传感器电压高于上限(低于下限)——传感器接插件退针。

故障现象：故障灯、OBD灯常亮，报出闪码445(尿素液位传感器电压高于上限)，仪表中尿素液位的显示不准确。

故障机理：此故障一般是由于传感器线束或接插件开路引起，请检查传感器接插件1号针脚(ECU针脚K57)是否出现开路、与电源短路的故障。如果不能解决，进一步检查其他针脚、线束是否有故障。

可能原因：1)尿素液位传感器接插件或整车线束大插头退针；2)尿素液位线束开路或虚接；3)K57与电源短路；4)尿素液位传感器损坏。

实际解决方法与步骤：1)检查尿素液位传感器接插件和线束；2)拔下尿素液位传感器接插件，检查是否存在针脚退针造成线束开路；3)如有，重新固定插针。

二、尿素液位、温度显示异常——传感器参数与主机厂要求产品不匹配。

故障现象：尿素液位显示不准确(比如，尿素很少时，仪表显示尿素100％)，尿素温度与当前环境温度差别很大，且没有报出相关传感器故障。

故障机理：这种故障一般是由于尿素箱传感器与主机厂指定的不匹配，或者整车更换过尿素箱使得尿素箱内部的传感器与原车出厂前的型号不同。传感器的电器参数不同，导致数据标定不匹配，液位温度显示错误。

可能原因：1)司机更换了尿素箱，与原车尿素箱不同；2)整车厂配套时，自主采购尿素箱，但没有通知主机厂技术人员重新标定数据；3)传感器或相关线束被损坏，导致电器参数变化(这种可能性较小)，但没有报出传感器相关故障；

实际解决方法与步骤：1)检查尿素箱及传感器，核实与原车尿素箱是否相同；2)尿素泵故障尿素泵的故障主要有两个方面，机械故障与电器故障。电器故障一般指12孔接插件相关的电器件故障，包括尿素泵电机、尿素压力传感器、换向阀及尿素泵加热电阻丝，故障率相对较高；机械故障指尿素泵堵塞、尿素泵内部机械件故障引起的建压失败等。总之，与SCR尿素压力相关的故障，首先要检查尿素管路是否接错、堵塞、泄露，尿素泵是否堵塞等。

三、SCR尿素压力建立错误。

故障现象：每次跑车几分钟到几十分钟后，故障灯、OBD灯常亮，就会报出441(SCR尿素压力建立错误)的故障，尿素不消耗。

故障机理：尿素喷射前，尿素泵将尿素建立到9bar的压力，通过尿素泵内的压力传感器进行检测。当发动机启动之后，尿素泵多次尝试对尿素建压，如尿素压力仍达不到9bar，就会报出此故障。

此故障的导致原因一般为：尿素量过少、尿素管路接反、吸液管堵塞或漏气、压力管泄露等，极少数是因为尿素泵故障。

可能原因：1)尿素量过少；2)吸液管接错、堵塞或漏气；3)压力管泄露；4)尿素泵堵塞或者尿素泵机械故障。

实际解决方法与步骤：1)检查尿素液位是否足量；2)检查尿素管路是否接错、接反；3)检查吸液管是否弯折、堵塞；4)检查吸液管、压力管是否存在泄露的痕迹；5)以上没有问题后，检查尿素泵接口是否有明显堵塞现象；6)更换尿素泵后，故障消除，尿素正常建压。结论：一般情况下，尿素管路接错、堵塞、泄露容易引起此故障，但这次的故障是因为尿素泵内部的机械故障，无法正常吸尿素，导致建压失败。

结论：一般情况下，尿素管路接错、堵塞、泄露容易引起此故障，但这次的故障是因为尿素泵内部的机械故障，无法正常吸尿素，导致建压失败。

四、喷嘴故障喷嘴的结构故障主要有：

A、喷嘴电磁阀故障：接插件、线束损坏，造成开路、短路等；磁阀线圈烧毁，可以通过测量电阻进行判断。

B、喷嘴机械故障：由于添加的尿素质量差，或者喷嘴老化，造成尿素喷嘴磨损(往往会造成尿素消耗高)；由于尿素结晶或其他颗粒物质进入，导致喷嘴堵塞；或由于其他原因，造成喷嘴变形、断裂等。以上，凡是会影响尿素喷射及排放的故障，都有可能限制发动机扭矩。

五、SCR尿素喷嘴驱动高端对电源短路。

故障现象：故障灯、OBD灯常亮，并报出453(SCR尿素喷嘴驱动高端对电源短路)的故障。故障机理：尿素喷嘴电磁阀有两个针脚，K09、K10对应接插件编号2、K10指电磁阀的驱动高端，K09驱动低端。此故障指的就是K10针脚与电源短路，需检查K10接插件及线束。可能原因：1)接插件故障，导致K10电源短路；2)K10相关线束故障，导致与外部电源短路。

实际解决方法与步骤：1)检查喷嘴接插件，没有损坏或短路；2)测量K10针脚电压，约24V，超出正常范围；3)检查整车线束大插头，发现喷嘴K10线束与其他带电线束短路；4)修复线束后，故障消除。

结论：整车线束大插头中的喷嘴线束(K10)与电源短路。2、尿素消耗量较大——添加劣质尿素，导致喷嘴磨损泄露故障现象。

使用本SCR设备故障检测系统时，显示触控模块11的迪文屏和通讯模块13中串口或蓝牙连接PC机或平板等设备对尿素泵的喷射量、温度、压力等具有实时监控的功能，显示触控模块11的迪文屏也对泵电机、喷嘴等进行控制输出。检测尿素泵、NOx传感器时，可选用CAN连接及非CAN连接方式，实时性强、检错能力强等，且对于非CAN连接驱动的尿素泵，具有较强的诊断能力。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。