Urea-SCR 后处理系统测试技术研究现状

1 引言

Urea-SCR 后处理系统测试技术对Urea-SCR 后处理系统进行状态监控、性能检测和故障诊断；测试技术的应用可以全面有效提高Urea-SCR 后处理系统的整体质量，保障使用对Urea-SCR 后处理系统的使用体验，是Urea-SCR 后处理系统的后盾和效能保障器。

2 Urea-SCR 后处理系统基本工作原理

Urea-SCR 后处理系统将35%的尿素溶液作为还原剂，根据车辆不同的行驶工况与控制策略Urea-SCR 将一定量的尿素溶液喷入到排气歧管内与发动机排出的废气混合。因发动机排出的气体具有一定的温度而且能达到尿素水溶液发生热解反应所需要的温度，所以尿素水溶液在排气歧管内热解成氨气和异氰酸，并与发动机尾气一同进入到SCR 催化器中。此时由于较高的温度加速催化剂催化氨气与一氧化氮反应生成水和氮气并且异氰酸在催化剂的作用下水解为氨气和二氧化碳。

尿素净化汽车尾气中氮氧化物的化学反应方程式为：

尿素热解反应方程：

尿素水解反应方程：

Urea-SCR 后处理系统简图如图1：

图1 Urea-SCR 后处理系统简图

3 Urea-SCR 测试技术基本工作原理

Urea-SCR 测试系统一般由测试设备（ATE)、测试程序集（TPS)和TPS 软件开发工具三部分组成[2]。测试设备（ATE）一般指电脑、继电器及各传感器，电脑是整个测试设备的核心部件。测试程序集根据测试对象和测试要求的不同会有不同的变化。TPS 软件开发工具多种多样，一般通过编写语言的不同可分为LabVIEW、LabWindows/CVI、VB 和VC 等。

测试软件通过控制测试设备对Urea-SCR 系统进行测试。测试软件通过PC给Urea-SCR 系统控制器发送控制报文控制器控制尿素泵执行建压泵液喷液等控制指令；当尿素泵开始根据控制指令工作后，测试软件通过PC 给Urea-SCR 系统发送反馈报文，在此同时检测测试系统的通信协议判断车载ECU 与Urea-SCR 系统之间的通信协议是否正常；在此之后Urea-SCR 系统将各传感器状态、电磁阀状态、加热片状态、电机状态、喷嘴状态和喷射精度等反馈给测试软件，测试软件通过计算后将判断结果发送到测试显示界面；喷射精度可采用测重法和测量法等方法进行测量判断。

测试程序集基本需要喷嘴检测、通信协议诊断、硬件检测、负压检测、建压检测、零喷射量检测、精度检测和回抽检测等模块，如若需要还可以加入数据库模块，用以记录和追踪检测结果。测试程序集可有如下结构；

图2 测试程序集

以此程序为例：共分为三级，一级为测试界面，用以操作与显示测试结果等；二级为主测试模块；三级为主模块下设分支，对主模块进行补充检测。

4 Urea-SCR 测试技术研究现状

Urea-SCR 系统的研究国外起步相对较早，在上世纪五十年代SCR 技术就由美国安格（Engelhard）公司发明并申请专利[3]。但由于当时的催化剂成本过高并且催化剂遇到尾气中的硫成分而使催化效果变得不稳定，所以在当时并没有得到广泛使用。在上世纪中后叶日本研发出一种经济高效的催化剂V2O5/TiO2，这总催化剂不仅经济高效，而且其催化稳定性也大大提高，因此SCR 技术在上世纪中后叶被日本、美国和西欧等国家广泛应用在发电站中。首次在汽车中应用是在2004 年，为应对严格的柴油车排放法规，德国博世公司就推出了第一代 系统，之后博世公司一直是尾气后处理系统行业的领跑者[4]。我国将Urea-SCR 系统首次应用在汽车上是在2006 年，由广西玉柴开发。并且在这之后我国各大高校和企业也开始投入到Urea-SCR 系统的深入研究当中。

然而目前Urea-SCR 后处理系统的测试技术我国还没有深入系统性的研究，现处在一个研究的初期阶段。

5 Urea-SCR 测试技术瓶颈

目前所发展的Urea-SCR 测试系统主要都是专用型，并且大多部分都是针对具体设备型号而专用的具体测试系统，系统之间并不能互相兼容；更当出现新的排放法规，Urea-SCR 系统提高净化效率时，Urea-SCR 测试系统就需要更改测试协议，没有办法做到真正的通用型，这将给实际应用中增加大量的财力、物力和人力，大大增加换代更新周期。

由于Urea-SCR 系统的特殊化，Urea-SCR 测试技术目前在通用化、组合化和可扩展性方面发展还处在探索阶段，大大制约了Urea-SCR 测试技术的发展。

6 Urea-SCR 测试技术未来的发展趋势

随着国家对环保要求愈发严格并且在2019 年7 月1 日《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（）中的第六阶段排放控制标准的实施。发动机企业对于尾气净化处理愈发紧迫，选择性催化还原技术作为机后处理的主要手段被广泛应用于中重型柴油机的尾气净化处理上。其市场需求将是一个长期而大量的格局。而SCR系统测试对保证SCR 系统能够在车辆上长期有效的运行又置关重要的作用。控制与执行系统最为核心部件，对其测试的研究与实践具有重要现实意义。早期的产品测试较为狭隘，基本都是由开发工作人员自己完成，不但投入少而且开展晚。现阶段这种问题也还都普遍存在。所以SCR 尾气后处理系统的测试系统对于尾气后处理设备应对其长远而有大量的需求市场有至关重要的影响。

文章来源：《测试技术学报》 网址: http://www.csjsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0221/504.html