2017年寶馬新5系動力傳遞系統新技術剖析（七）

楊 明 劉克江

4. 罐法蘭模塊

在主動罐內裝有罐法蘭模塊，帶有加熱裝置、一個過濾器、溫度傳感器、組合式尿素與水的混合物（AdBlue?）質量傳感器/液位傳感器以及一個液位傳感器。在罐法蘭模塊內還有泵裝置、一個壓力傳感器和一個蓄壓器。維修時無法單獨更換罐法蘭模塊，因為它與主動罐焊接在一起，如圖43所示。

圖43 罐法蘭模塊

（1）隔板

為在車輛傾斜角度極大、主動罐內剩余加注量較低時確保充足提供尿素與水的混合物（AdBlue?），罐法蘭模塊帶有一個隔板，如圖44所示。借助該隔板以及圍繞罐法蘭模塊的過濾器元件設計，可確保在車輛傾斜度不超過 45°的情況下充足提供尿素與水的混合物（AdBlue?）。

圖44 罐法蘭模塊/隔板

罐法蘭模塊內隔板與過濾器元件形成的這種組合可確保按如下方式提供尿素與水的混合物（AdBlue?）：

◆傾斜角度為 11°～18° 時，30min 為 220g/h 尿素與水的混合物（AdBlue?），至少 110mL 的AdBlue?

◆傾斜角度為 45° 時，4min 為220g/h 尿素與水的混合物（AdBlue?），至少 20mL 的AdBlue?

在此要考慮到，主動罐必須還有至少2.5 L 尿素與水的混合物（AdBlue?）剩余加注量。

（2）加熱元件

在罐法蘭模塊內有 3 個 PTC加熱元件（正溫度系數），如圖45所示。因此即使在最低溫度條件下也能提供液態尿素與水的混合物（AdBlue?）用于行駛。PTC 元件可在達到特定溫度限值時自動調節或關閉。因此可確保本質安全，防止因故障導致持續供電而造成損壞或毀壞。

由一個功率半導體為罐法蘭模塊內的加熱元件供電。該功率半導體由SCR控制單元進行控制。SCR控制單元可確定流過加熱元件的電流，從而監控其功能。

（3）泵（如圖46所示）

泵集成在位于主動罐底部的罐法蘭模塊內（用螺栓固定）。

泵按照軌道/偏心輪原理工作，由一個 3 相無電刷電機驅動。因此泵控制著 2 個輸送方向，從而可通過一個泵來輸送和抽吸尿素與水的混合物（AdBlue?）。

在至計量管路的輸出端處，有一個蓄壓器連接在泵后方，可防止計量閥開啟時計量管路內產生過量脈動。泵從下方用螺栓擰入在罐法蘭模塊內，可通過罐法蘭模塊維修蓋接觸到。

為了探測位置和轉速，在泵電機內裝有 3 個霍耳傳感器，這些傳感器與壓力傳感器/溫度傳感器分享5V供電。

在泵前方有一個截止閥，拆卸泵時該閥門關閉。這樣可防止更換泵時尿素與水的混合物（AdBlue?）溢出。

（4）蓄壓器（如圖47所示）

為了保持550kPa的相對系統壓力，在尿素與水的混合物（AdBlue?）要求較高時通過一個蓄壓器來為系統提供支持。此外蓄壓器還可在計量閥開啟時緩沖計量管路內的脈動。

圖45 加熱元件

圖46 泵

集成在蓄壓器殼體內的一個冰壓緩沖器可在尿素與水的混合物（AdBlue?）結冰時保護罐法蘭模塊部件。

圖47 蓄壓器

（5）壓力傳感器/溫度傳感器

SCR 3使用一個壓力傳感器來確定和監控壓力，如圖48所示。壓力傳感器內還集成有一個溫度傳感器，該傳感器用于探測罐法蘭模塊內尿素與水的混合物（AdBlue?）溫度。傳感器單元對壓力傳感器/溫度傳感器信號進行分析并根據一個 SENT 協議將其提供給 SCR 控制單元。

圖48 壓力傳感器

壓力傳感器/溫度傳感器從下方用螺栓固定在罐法蘭模塊內，可通過罐法蘭模塊維修蓋接觸到。

（6）傳感器單元（如圖49所示）

溫度傳感器提供用于控制加熱裝置的信號。所用傳感器為 NTC 傳感器（負溫度系數）。

罐法蘭模塊內的液位傳感器提供用于整個主動罐的液位數值。液位傳感器采用直接壓電元件設計，按照超聲波原理工作。

組合式尿素與水的混合物（AdBlue?）質量傳感器/液位傳感器是一個組合式壓電元件，提供用于尿素與水的混合物（AdBlue?）成分以及液位的數值。

圖49 傳感器單元

（7）計量管路接口

計量管路接口帶有一個細濾器，可防止污物顆粒進入罐法蘭模塊內，如圖50所示。例如燃燒殘留物可能會在尿素與水的混合物（AdBlue?）回流時通過開啟的計量閥回流進入罐法蘭模塊內。

圖50 計量管路接口

計量管路接口從下方用螺栓固定在罐法蘭模塊內。

5. 可加熱計量管路

像主動罐罐法蘭模塊內的加熱裝置一樣，也可根據需要對計量管路進行電氣加熱，從而防止尿素與水的混合物（AdBlue?）結冰，如圖51所示。

圖51 計量管路

計量管路是一根 4mm 管道，內部帶有加熱絲。4mm管道外面包著一個6mm管道，可在該管道內提供尿素與水的混合物（AdBlue?）。管道壁厚為0.5mm。

6. 計量模塊和混合器（如圖52所示）

歐姆加熱絲形式的加熱元件裝在4mm管道內。

計量管路在6mm管道外部通過一個隔絕層進行隔熱，然后通過一個塑料波紋套進行機械保護。

計量管路通過快速接頭與罐法蘭上的計量管路接口相連。只有將計量管路完全推到罐法蘭上的計量管路接口時，才能使計量管路開鎖。只有這樣才能使快速接頭開鎖并將其從罐法蘭計量管路接口上拔下。

圖52 計量模塊

計量模塊負責將尿素與水的混合物（AdBlue?）噴入排氣管內。它帶有一個閥門，與進氣管噴射式汽油發動機的噴射閥相似。

計量模塊不進行加熱，但由于通過排氣裝置受熱，因此必須通過發動機冷卻液循環回路的冷卻液進行冷卻。在 SCR 控制單元內通過一個計算模型對計量模塊進行溫度監控。

根據溫度變化的線圈內部電阻用作計算模型的輸入參數。SCR 控制單元根據該電阻值確定計量模塊的溫度。

SCR 控制單元通過一個脈沖寬度調制（PWM）信號控制計量模塊（如圖53所示），通過占空因數確定閥門持續開啟時間。

圖53 處于安裝狀態的計量模塊

在計量模塊上裝有一個錐形嵌入件。該部件可防止剩余尿素與水的混合物（AdBlue?）變干并堵塞閥門。通過其形狀形成的液體流可防止尿素與水的混合物（AdBlue?）附著在排氣裝置側壁上。嵌入件上的尿素沉積物會被燒除，因為廢氣氣流會使其嚴重受熱。通過監控控制電流曲線可識別出計量閥堵塞情況。

混合器（如圖54所示）緊靠在排氣裝置內計量模塊后方。它使廢氣氣流形成渦流，從而使尿素與水的混合物（AdBlue?）與廢氣更好地混合。這樣可使尿素完全轉化為氨。

圖54 混合器

6缸發動機的混合器可單獨更換。在 4 缸發動機上混合器是排氣裝置的組成部分，只能與相應組件套件一起更換。

7. 尿素與水的混合物（AdBlue?）罐蓋

尿素與水的混合物（AdBlue?）罐蓋帶有通風裝置，如圖55所示。由于 SCR 系統加注和通風均由共同的加注管路和通風管路實現，因此該通風裝置非常必要。

圖55 尿素與水的混合物（AdBlue?）罐蓋

通過尿素與水的混合物（AdBlue?）罐蓋上的規定開孔進行通風。因此只能使用針對具體車輛批準的罐蓋。

混淆或使用其他罐蓋可能會導致SCR 系統故障。

8. SCR控制單元

SCR 控制單元（如圖56 所示）必須確保用于數字式柴油機電子系統 DDE計量規定的輸入參數位于允許范圍內。其中包括尿素與水的混合物（AdBlue?）罐液位（沒有還原劑時車輛不運行）、尿素與水的混合物（AdBlue?）罐內及計量管路內的介質溫度（AdBlue?，冰點為 -11℃）以及計量管路建立壓力情況（確保噴入量）。

SCR控制單元確保所有在此可用信息也能用于其他用途，例如在中央信息顯示屏 CID 內顯示液位和剩余可達里程。

圖57 氮氧化物傳感器

（四）氮氧化物傳感器

圖58 氮氧化物傳感器功能

氮氧化物傳感器（如圖57所示）由實際測量探針和一個附屬控制單元構成。控制單元通過局域 CAN 與數字式柴油機電子系統 DDE 通信。

氮氧化物傳感器的工作原理與寬帶氧傳感器相似。測量方法依據的原則是根據氧氣測量進行氮氧化物測量。

如圖58所示展示了這種測量方法的工作原理。

廢氣流過氮氧化物傳感器，在這種情況下只監測氧氣和氮氧化物。在第一室內通過第一測量室從該混合物中電離出氧氣并使其通過固體電解質。通過第一室的泵電流可獲得氧傳感器信號。這樣可從自由氧氣中（未與氮氣化合）釋放出氮氧化物傳感器內的廢氣。

然后剩余氮氧化物通過第二個隔板，到達傳感器第二室內。在此氮氧化物在一個催化元件處分離為氧氣和氮氣。由此釋放出的氧氣經過電離后可通過固體電解質。根據此時產生的泵電流可推斷出氧氣量。根據該氧氣量可得出氮含量。