一種混合動(dòng)力客車后處理系統(tǒng)的電氣架構(gòu)及故障診斷

孫 磊，杜建福，朱正禮，劉德華

（上海汽車商用車技術(shù)中心，上海 200438）

隨著上海世博會(huì)的召開，世博園區(qū)周邊布置的達(dá)到國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的混合動(dòng)力公交車實(shí)現(xiàn)了低排放。該車裝備了Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)，通過使用選擇性催化還原 （SCR， 即SelectiveCatalytic Reduction）技術(shù)，利用添藍(lán)溶液對尾氣中的氮氧化合物進(jìn)行處理。經(jīng)過混合動(dòng)力客車長時(shí)間的示范運(yùn)營，已掌握大量技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)與大家分享、探討。

1 Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)電氣控制原理

Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)的控制原理如圖1所示，其裝車后的整體如圖2所示。

后處理控制單元控制整個(gè)后處理系統(tǒng)的工作，包括傳感器信號的處理、添藍(lán)噴射量的計(jì)算和各種執(zhí)行器的控制，同時(shí)還具有對電控電路故障進(jìn)行診斷的功能。后處理控制單元通過CAN總線與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU通信，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，再加上催化器溫度信號，計(jì)算出添藍(lán)的噴射量。添藍(lán)將被先霧化，控制噴嘴噴射適量的添藍(lán)到排氣管內(nèi)，使其與廢氣在SCR凈化器中充分混合。噴射量由計(jì)量控制器DCU（Dosing Control Unit）系統(tǒng)精確控制，以保證在各種運(yùn)行工況下都可以達(dá)到減少排放的最佳效果。計(jì)量控制器DCU外形見圖3。

2 Bosch Denoxtronic2后處理接口定義

SCR系統(tǒng)由催化消聲器 （圖4）、 計(jì)量噴射泵 （Supply module）、 噴嘴 （Dosing module）、 添藍(lán)罐、后處理控制單元（ACU）、傳感器及相應(yīng)管路和線束構(gòu)成。后處理控制模塊Bosch Denoxtronic2有一個(gè)35針的接口，其結(jié)構(gòu)描述見表1。

3 Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)故障診斷

3.1 故障信息管理

發(fā)動(dòng)機(jī)和SCR系統(tǒng)的故障信息分別由ECU和DCU獨(dú)立管理。當(dāng)后處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，DCU就產(chǎn)生相應(yīng)的故障信息和凍結(jié)幀，存儲到自身的EEPROM中，同時(shí)發(fā)送給ECU。ECU分析所接收到的故障信息，結(jié)合工況判斷是否點(diǎn)亮在線診斷OBD（On-Board Diagnostics）故障燈。支持ISO 15765協(xié)議的故障診斷儀可以通過標(biāo)準(zhǔn)的故障診斷接口讀取故障信息和凍結(jié)幀，滿足可刪除條件時(shí)，可使用診斷儀通過總線通信將其刪除。Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)的OBD架構(gòu)如圖5所示。DCU還可以將當(dāng)前故障碼通過DM1發(fā)送到CAN總線上，車載儀表可以讀取并實(shí)時(shí)顯示，以及時(shí)提醒駕駛?cè)藛T。

3.2 故障燈點(diǎn)亮規(guī)則

3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮規(guī)則

由于目前在該車儀表上只有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈，并且不區(qū)分顏色，所以將發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈定義為兩種狀態(tài)，即常亮和閃爍。閃爍用于發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，常亮用于發(fā)生了中等程度或者較輕的故障。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈常亮的情況 當(dāng)后處理系統(tǒng)DCU DM1發(fā)送單個(gè)故障報(bào)文，并且該報(bào)文的第一個(gè)字節(jié)的3～4位設(shè)置為01時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈并且使其常亮。

表1 Bosch Denoxtronic2后處理接口定義

2）發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈閃爍的情況 當(dāng)后處理系統(tǒng)DCU DM1發(fā)送多個(gè)故障報(bào)文時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈并且使其閃爍。

3.2.2 OBD燈點(diǎn)亮規(guī)則

OBD燈用于提示與排放有關(guān)的故障。OBD燈也有兩種狀態(tài)，即常亮和閃爍。閃爍用于發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，常亮用于發(fā)生了中等程度或者較輕的故障。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送的EDC2BC報(bào)文中的Status Information 3（第4個(gè)字節(jié)）的1～2位設(shè)置為01時(shí)，表示發(fā)生了一般故障，OBD燈常亮。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送的EDC2BC報(bào)文中的Status Information 3（第4個(gè)字節(jié)）的1～2位設(shè)置為10時(shí)，表示發(fā)生了嚴(yán)重故障，OBD燈閃爍。

3.3 Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)故障定義

現(xiàn)舉例說明Bosch Denoxtronic2后處理系統(tǒng)對催化還原后溫度傳感器故障的處理機(jī)制。當(dāng)DCU收到傳感器采樣的信號后，將會(huì)對系統(tǒng)已標(biāo)定的閾值進(jìn)行判斷，當(dāng)超過閾值后，將通過計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，信號連續(xù)超過閾值并大于0.7 s后，系統(tǒng)認(rèn)定為一個(gè)故障。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)使用一個(gè)替代值替代故障信號，來維持后處理系統(tǒng)的正常工作，并發(fā)送故障碼激活故障狀態(tài)。如果傳感器采樣的信號恢復(fù)到正常區(qū)間內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)檢測是否存在故障標(biāo)志位，并計(jì)時(shí)。當(dāng)信號在正常區(qū)間內(nèi)大于1.0 s后，系統(tǒng)會(huì)將故障標(biāo)志位置為0。DCU對于催化還原后溫度傳感器故障判斷及系統(tǒng)反應(yīng)需求的策略如圖6所示。

4 結(jié)束語

我國經(jīng)濟(jì)正向以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)變，環(huán)境保護(hù)被提升到前所未有的高度。Bosch Denoxtronic2選擇性催化還原（SCR）后處理系統(tǒng)，有效降低氮氧化物 （NOx）排放，符合國Ⅳ和歐Ⅳ的排放標(biāo)準(zhǔn)。OBD車載診斷系統(tǒng)具有識別可能導(dǎo)致排放超標(biāo)的故障區(qū)域的功能，有效監(jiān)測整個(gè)電控系統(tǒng)的故障。只有深入了解子系統(tǒng)的技術(shù)特性，提高其與整車的兼容性，才能使我們的客車產(chǎn)品在國際市場競爭中占有一席之地。

［1］朱俏斌，孫 磊，董悅航，等.一種混合動(dòng)力客車SCR排氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2010，（4）:5-8.

［2］SAE J1939-73， 應(yīng)用層-診斷［S］.2010.

［3］ISO 15765-3—2004， 道路車輛-控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （CAN）的診斷-第3部分:統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)診斷服務(wù)的實(shí)施［S］.

［4］ISO 15031-3—2004，道路車輛-排放相關(guān)的診斷用車輛和外部設(shè)備之間的通信-第3部分:診斷連接器和相關(guān)電路的規(guī)范及使用［S］.

［5］ISO 15031-5—2006，道路車輛-與排放相關(guān)的診斷用車輛和外部設(shè)備之間通信-第5部分:與排放相關(guān)的診斷服務(wù)［S］.

［6］ISO 15031-6—2006，道路車輛-車輛與發(fā)射相關(guān)診斷用外部設(shè)備間的通信-第6部分:故障診斷編碼定義［S］.

［7］ISO 14230-3—1999，道路車輛-診斷系統(tǒng)-關(guān)鍵詞協(xié)議2000-第3部分: 應(yīng)用層［S］.