潍柴国Ⅳ柴油机SCR系统培训之工作原理课件.pptx

1、潍柴国潍柴国柴油机博世柴油机博世SCR系统之工作原理系统之工作原理目目 录录 DeNOx2.2后处理系统工作过程后处理系统工作过程 DeNOx2.2 后处理系统台架标定后处理系统台架标定 DeNOx2.2 后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定目目 录录 DeNOx2.2后处理系统工作过程后处理系统工作过程 DeNOx2.2 后处理系统台架标定后处理系统台架标定 DeNOx2.2 后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程DeNOx2.2系统状态：uStand by（等待过程）uNoPressure Control（等待完毕，但没有压力建立过程）

2、uPressure Control（压力建立过程）uPressure Reduction（压力下降过程，主动降压，发生在系统关闭时）uAfterRun（尿素管路排空）整个系统分为5个状态，INCA监测变量为CoSCR_st，其中Pressure Control、AfterRun又各有子状态，INCA监测变量为CoSCR_stSub。DeNOx2.2系统状态系统状态DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Stand by系统从T15上电后开始Init，进入Stand by状态，如果有错误，系统会一直停留在Stand by状态，此时需要检查系统故障，其中以下变量显示的是系统内存中的故障：DFES

3、_numDFC_09（系统只显示10个内存故障，变量显示的是故障的详细描述）；DFC_stClcFanlt_mp_030显示的是系统当前故障（在文档4389页可以查到相应故障的详细说明），清除故障的变量为：DSMAUX_xClearTrg_C（该数据标定为多少则表示想要清楚多少个故障，通常设定为无穷大来清除故障），如经过检查没有错误或者存在的错误不影响系统工作，则系统从Stand by状态进入到NoPressure Control状态，该过程系统标定为至少需要3秒钟的时间（标定量：SCRMon_tiTmrStByCANDly_C：3 s）。T50启动发动机，正常状况下若SCR_tUCatUst

4、SCRMon_tUCatUstMin_C（180），Epm_nEngSCRMon_nEngOn_C（550），系统会很快进入到建压模式，如发现系统不能进入Pressure Control模式，则可以从以下4种情况入手进行检查：催化剂温度超过标定的最小值催化剂温度超过标定的最小值：即SCR_tUCatUstSCRMon_tUCatUstMin_C 发动机状态：发动机状态：正常情况下SCRMon_stEng应为ON （发动机转速Epm_nEng大于550rpm），如果为OFF状态，即：发动机转速EPm_nEng小于150rpm,系统标定SCRMon_nEngOn_C=550,SCRMon_nEng

5、Off_C=150 泵压力传感器可靠性检测：泵压力传感器可靠性检测：检查是否有泵压力传感器的报错，该检测时间至少需要2秒（CoSCR_tiNoPresCtlSCRMon_tiTmrNoPresCtlMin_C（2000ms），如果有错误，系统返回StandBy状态。（有可能是线束、硬件连接等错误）系统解冻功能完成系统解冻功能完成：UHC_stCtl如显示为true则表示系统解冻完成或不需要解冻，如显示为false，此时需要检查系统解冻需要的各种条件值是否满足，如环境温度、尿素箱温度等。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-NoPressure Control控制逻辑如下图所示：DeNOx2

6、.2系统工作过程系统工作过程-NoPressure Control在该建压状态下分别有5个子状态：ReFill、PressureBuildUp、Ventilation、DetectionMode、MeteringControl。其中在PressureBuildUp、DetectionMode、MeteringControl过程中只要出现故障，系统状态即由Presure Control调到Pressure Reduction状态。下面将分别介绍一下各个子状态的工作工程：u CoSCR_ReFill：该过程主要是建压前吸尿素的过程（目的是使得管路、SM等都尽可能充满尿素），当系统显示SCRMon_

7、rHydFld0=80%时表示整个后处理系统完成了ReFill的过程（相对应的标定量为SCRMon_rRefFlMaxLdst_C=80%）。或者当泵压SCR_pUPmpPSCRMon_pUPmpReFlMax_C=2000hpa时，系统进入下一状态。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之一ReFill控制逻辑如下图所示：DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之一ReFillu CoSCR_PressureBuildUp（建压状态）：该过程首先检测系统是否能在规定时间内（12000ms）达到要求的泵压（5500hpa），

8、SCRMon_tiTmrPresBuildUp_C=12000 ms，SCRMon_pPresBuildupThres_C=5500 hpa。如果失败,系统允许重复该建压过程，如果该过程累计达到10次（SCRMon_ numRepPresBuildUp），则系统会记录1次错误，如果错误数超过了2次（SCRMon_numPresBuildUpErrCnt），说明系统建压失败将回到StandBy状态。此时需要进行硬件检查，可能的原因有：尿素箱吸、回尿素管接反了或者吸尿素的管路堵塞了等，检查完成后需关闭T15，清完故障后重新开始系统工作。SCRMon_ numRepPresBuildUp_C=10

9、SCRMon_numPresBuildUpErr_C=2 DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之二PressureBuildUp控制逻辑如下图所示：DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之二PressureBuildUpuVentilation：该过程主要是系统排出压力管中气泡的过程，如果泵压在规定时间内SCRMon_tiTmrPresBuildUp_C=12000 ms，没有达到设定值SCRMon_pPresBuildupThres_C=5500 hpa，则系统认为压力管中存在空气，此时Dosing valve会打开一

10、段时间（UDC_rDycVtln_C，SCRMon_tiTmrVtln_C），系统自动放气，该现象一般发生在系统首次运行时。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之三VentilationuCoSCR_DetectionMode：如果SCRMon_stDetMode=Running，则系统进入DetectionMode，该过程主要是检测Pressure line/DM和Back flow line是否存在堵塞现象。压力管堵塞判断SCRMon_pPresStableMax_C=9500hpaSCRMon_pPresStableMin_C=8500hpa 系统要

11、求在6s内泵压要稳定在85009500hpa之间，如果满足条件，则SCRMon_stDetModePresStabErr_mp=0,如果该测量量为1，则系统允许最长累计时间为50s（SCRMon_tiPressStabMax_C=50s）SCRMon_tiPresChk_mp，如在50s内失败，则说明压力管有堵塞。DM堵塞判断系统将打开DM（即开度UDosVlv_rPs0），如果DM打开后，泵压降到了允许范围内，则该过程结束，如果DM打开后，泵压仍然不下降，则说明DM之后的路径内可能有堵塞现象。此时就需要进行系统检查。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之

12、四DetectionMode 回流管堵塞判断Back flow line是否有堵塞现象的判断：首先 SCRMon_stBLPlausFin=1则说明Back flow的检测过程结束，如果SCRMon_stBLpPlausErr=0则说明没有故障或堵塞现象；如果该变量为1则说明此时Back flow line有堵塞现象，如果UPmpMot_r从75%下降到7%，但是泵压却一直保持上升趋势的话（泵压标定最大值为13000hpa：SCR_pTramsUPmpP_CUR），则说明Back flow line有堵塞现象；此时就需要进行系统检查。如果泵压小于6500hpa（SCRMon_pBLPlausM

13、in_C=6500hpa）,则说明Back flow通畅。注：Pressure line/DM和Back flow line的检测系统同时进行。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之四DetectionModeuMetering Control：以上四个子状态均正常的情况下，系统进入该状态，说明系统可以进行建压喷射控制过程。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Control之五Metering Control 该过程目的就是让系统压力在规定时间内从9bar下降到低压状态（如0.5bar）SCRMon_pPresRdcThres_C=

14、500hpa，SCRMon_tiTmrPresRdc_C=40000ms该过程中泵将以某一恒定转速运转，回流阀（Reverting Valve）打开，喷嘴关闭。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-Pressure Reduction该过程中DeNOx2.2后处理系统会有一个排气温度降低等待、尿素倒吸、压力补偿以及等待关闭四个过程，为保证系统倒吸过程顺利完成，需要等到AfterRun状态结束后才能断开ECU的供电。u AfterRun_TempWait该过程系统处于充液状态，泵电机、喷嘴不工作时，等待排气温度降低到规定值。只要SCR_tUCatUsT低于SCRMon_tUCatUsTMax

15、_ C=700或SCRMon_tiAftRunTempWait_mp超过SCRMon_tiAftRunTempWait_mp，其中SCRMon_tiAftRunTempWait_mp是基于SCR_tUCatUsT的SCRMon_tiAftRunTempWait_CUR，系统即进入AfterRun_Emptying。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-AfterRun控制逻辑如下图所示：DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-AfterRunuAfterRun_Emptying该过程是将尿素溶液倒吸回尿素箱的过程。保证尿素箱至尿素喷嘴的管路内没有尿素，防止低温下尿素结冰。此过程尿素泵电机

16、以恒定转速工作，UPmpMot_r=PPC_rDycAftRunEmpt_C，喷嘴、反向阀打开。uAfterRun_Pressure Compensation此过程尿素泵停止工作，反向阀、尿素喷嘴关闭。uAfterRun_Waiting_For_ShutoffDeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-AfterRun正常情况下，UDC_swtSetP_C=2，发动机转速Epm_nEngUDC_nEngMin_C（650），上游排温SCR_tUCatUstUDC_tUCatUsTMax_C（200），尿素喷嘴按照标定MAP正常喷射。DeNOx2.2系统工作过程系统工作过程-喷射条件目目 录录 D

17、eNOx2.2后处理系统工作过程后处理系统工作过程 DeNOx2.2 后处理系统台架标定后处理系统台架标定（服务经理可以掠过）（服务经理可以掠过）DeNOx2.2 后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定首先标定ASMod_dmNOxBasLM_MAP，DStgy_rPPMNOxWoEGR_MAP，在不同的发动机转速和循环喷油量下标定裸机的NOx值，标定MAP见下图，然后DStgy_rPPMNOxWiEGR_MAP与DStgy_rPPMNOxWoEGR_MAP标成一样。逻辑图中的水温修正和进气压力修正暂时没用，修正系数全部标为1。DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-原机N

18、Ox排放标定标定逻辑如下所示：DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-原机NOx排放标定 该标定主要应用于EGR系统，当柴油机EGR阀从关到开时，ramp switch 使NOx的输出值DStgy_rPPMNOxUsMod_mp从没有EGR的NOx值DStgy_rPPMNOxWoEGR到有EGR的NOx值DStgy_rPPMNOxWiEGR_mp缓慢变化，变化的大小由斜率DStgy_dtiRmpWiEGR_C决定。同样，EGR阀由开到关时，变化的大小由斜率DStgy_dtiRmpWoEGR_C决定。DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-Ramp Switch 的标

19、定NOx的原始结果DStgy_rPPMNOxUs乘以废气质量流量、除以1000000、乘以NOx与废气的摩尔质量比就转换为NOx的质量流量，乘以系数277.78把单位从kg/h换算为mg/s，DStgy_facMolMsEG_CUR博世建议全部标定为29。DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-NOx质量流量的转换在SCR后处理系统中主要存在两个反应4 NH3+4 NO+O2=4 N2+6 H2O (1)4 NH3+4 NO2=4 N2+6 H2O+O2 (2)主要成份的摩尔质量如下MNH3=17.03 g/molMNO=30.01 g/molMNO2=46.01 g/molNO

20、x的摩尔质量根据经验由MNO2代替，则fstoich=MNH3/MNO2=0.370DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-氨氮比的标定DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-氨氮比的标定主要标定的是转化效率的主MAP（转速、油量）和温度修正效率MAP（SCR下游温度和排气量），基于进气温度、发动机温度、环境压力修正的三个MAPSCRFFC_etaAirTemp_MAP、SCRFFC_etaEngTemp_MAP、SCRFFC_etaEnvP_MAP目前没有修正标定，其它基于催化剂寿命、HC污染、NOx质量流量等等的修正也没用到。DeNOx2.2后处理系统台架标定后

21、处理系统台架标定-NOx的转化效率标定标定逻辑如下图所示：DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-NOx的转化效率标定需要标定的量如下：DStgy_numPosSCRUs_C 废气质量的位置数SCRT_arCatSurfBrick_C 一个部分模型的催化剂表面积SCRT_cpBrick_C 一个部分模型的热容SCRT_cpEGBrick_C 一个部分模型的催化剂排气热容SCRT_facWghUs_C 质量系数SCRT_mBrick_C 一个部分模型的质量SCRT_swtSelTempSCRDs_C SCR下游温度的选择开关DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-SC

22、RT催化剂温度模型的标定 尿素的分子式（NH2）2CO 分子量 60，NH3的分子量为17，尿素的质量占整个尿素水溶液的32.5%，故逻辑图中的DStgy_facNH3ToRdcAg_C=60/17/0.325/2=5.425DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-NH3与尿素水溶液的质量转换DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-喷射量与尿素喷嘴开度的逻辑关系标定变量如下图所示：DeNOx2.2后处理系统台架标定后处理系统台架标定-喷射量与尿素喷嘴开度的逻辑关系控制逻辑如下图所示：目目 录录 DeNOx2.2后处理系统工作过程后处理系统工作过程 DeNOx2.2

23、后处理系统台架标定后处理系统台架标定 DeNOx2.2 后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定DeNOx2.2后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素箱解冻与加热控制逻辑如下图所示：使用到的传感器使用到的传感器：尿素箱温度传感器、尿素箱液位传感器、环境温度传感器、发动机冷却水温度传感器。尿素箱的解冻（发动机冷却水解冻）尿素箱的解冻（发动机冷却水解冻）:解冻开始条件：当尿素箱温度SCR_tUTnkT UHC_tC1DfrstOff_C（尿素箱温度高于零下5）时,尿素箱的加热尿素箱的加热:尿素箱解冻结束后，即转入加热状态，SCR_tUTnkT UHC_tC1HeatOn_C（0），

24、UHC_stC1Heat_mp=ture；加热是否完成由尿素箱温度的变化而定，SCR_tUTnkT UHC_tC1HeatOff_C（5）。尿素箱解冻完成，UHC_stC1DfrstChk=true。DeNOx2.2后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素箱解冻与加热解冻与加热时的占空比：解冻与加热时的占空比：解冻时的占空比为一标定量：UHC_rC1DycDfrst_C 加热时的占空比为一标定量：UHC_rC1DycHeat_C 当尿素箱温度传感器坏掉时，系统按照降级状态进行，即水温达到55时解冻开始，水温降到50时解冻结束，解冻时间为标定的解冻时间（UHC_tiC1Dfrst_CU

25、R）乘以尿素液位修正（UHC_facC1TnkLvlCor_CUR），解冻占空比为UHC_rC1DycHeat_MAP。使用到的传感器使用到的传感器：尿素泵内部环境温度传感器、尿素泵加热源温度传感器、尿素箱温度传感器、环境温度传感器。解冻控制控制逻辑：解冻控制控制逻辑：解冻开始：解冻开始：当尿素泵的内部环境温度传感器温度SCR_tSMTFIt UHC_tC2DfrstCompl_C，且持续标定时间量UHC_tiC2DfrstChkDebLoHi_C后，且UHC_stCldStrtDly_mp=true，UHC_stC2DfrstChk=true，即尿素泵解冻完成。DeNOx2.2后处理系统解冻

26、加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素泵解冻与加热（电加热）加热控制逻辑如下图所示：加热开始：加热开始：当环境温度UHC_tEnvAir UHC_tC2HeatOff_C时，UHC_stC2Heat_mp=false，即尿素泵的加热完成。当尿素泵温度传感器失效时当尿素泵温度传感器失效时，替代的占空比UHC_rC2DycRepl_C=50%；当水温高于55时（UHC_tC2DfrstStrt_C=55），解冻计时器开始计时；水温低于50时（UHC_tC2DfrstStop_C=50），解冻计时器结束计时。标定变量：标定变量：DeNOx2.2后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素泵解冻与

27、加热（电加热）解冻控制逻辑：加热控制逻辑：尿素管的解冻基于环境温度，根据当前的环境温度，计算出解冻尿素管所需要的时间（能量），只要解冻累计的时间（能量）达到所需要的时间（能量）时，系统即认为解冻已经完成，系统进入加热状态，系统根据当前的环境温度判定当前的加热是否开始或者结束。DeNOx2.2后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素管解冻与加热（电加热）解冻加热标定：u 标入实际使用的尿素管加热电阻的电阻值（UHC_rC3/4/5Rstn_C），同时需要标定解冻和加热过程中控制加热管路（C3/4/5）PWM的Duty cycle。初次标定，使用最大的占空比(UHC_rC3/4/5Dyc

28、Dfrst_C=99%)。u 同时确定不同环境温度下目标解冻时间，换算成标定曲线为W=UHC_wC3/4/5DfrstEnrg_CUR，（公式：W=（U2/R）*t/UHC_rCxDycDfrst_C 电压：28v，电阻：实际电阻值，时间：目标值）。u 解冻开始后，监测UHC_wC3/4/5DfrstEnrgAct_mp，当该值达到UHC_wC3/4/5DfrstEnrg_mp后，如果UHC_stC1/2DfrstCompl_mp=true，UHC_stCtl=true，系统将尝试建压(CoSCR_st/stSub)。u 建压成功后，系统进入metering control状态，如果不成功，可以尝试延长解冻目标时间（该时间可以参考尿素箱解冻所需时间来确定，只要不长于尿素箱解冻时间即可）。DeNOx2.2后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素管解冻与加热（电加热）标定变量：DeNOx2.2后处理系统解冻加热标定后处理系统解冻加热标定-尿素管解冻与加热