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柴油机因其较高的热效率以及相对较低燃油消耗率，被广泛应用与中/重型客、货车。但面对日益严格的排放法规，仅依靠机内净化而无后处理技术的参与，已无法满足法规要求。目前，以氨气（NH3）为还原剂的选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）因其良好的经济性与适用性，在欧洲等发达国家和地区已经得到了较为广泛的应用，是最有希望在规定时间内使达到欧Ⅳ、欧Ⅴ排放法规的后处理技术之一。车载诊断系统（On-Board Diagnostic，简称OBD），作为在用车辆尾气排放在线检测的一项重要技术，符合汽车行业安全、节能、环保的发展趋势，在世界范围内得到快速推广。在国内，法规从国Ⅳ阶段开始对重型柴油车的OBD功能提出了强制性要求，并从技术层面对OBD功能作了明确说明，相应的SCR系统也必须具备OBD功能。本论文针对目前主流的SCR系统，从SCR诊断功能需求，故障诊断技术及故障管理，NOX传感器故障诊断、催化器老化故障诊断四方面进行了深入的研究。本文依据法规HJ437-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》，结合柴油机Urea-SCR后处理系统的组成以及工作原理，确定了SCR系统与排放相关的部件的诊断需求，并选择其中具有代表性的SCR催化器和NOX传感器作为故障诊断的研究对象。为充分利用控制器的资源，文中采用将OBD功能模块嵌入柴油机SCR控制器中的结构，使SCR系统的控制单元具备OBD功能。针对SCR后处理系统可控参数数量多且行为复杂多变的特点，提出了基于传感器信号特征的故障诊断方法。此种方法需要事先掌握正常工作状态下各类信号所遵循的固有特征，利用有限状态机的原理在诊断逻辑中对参数时序进行处理，将解析、归纳后的特征和经验常识相结合，进而对部件或系统故障做出正确诊断。所建立的故障管理旨在融合相关的故障信息，同时存储并输出符合OBD技术规范要求的信息。根据车用NOX传感器的工作环境，分析NOX传感器在工作中可能产生的故障类型，并制定与之相适应的诊断策略。NOX传感器的故障可分为电路连接故障和信号真实性故障，由于本文所用NOX传感器可针对电路连接故障进行自诊断，重点研究了NOX传感器信号可信性相关故障的诊断策略，包括对应发动机稳态工况的平均值检测和瞬态工况的峰值检测，并应用MATLAB/Simulink软件建立相应的诊断模型。针对SCR催化器在工作过程中的老化问题，本文提出一种基于NOX转化效率的诊断策略。通过对NOX转化效率的检测，可以实现对催化器老化故障的诊断，同时满足OBD法规中对于NOX排放限值的诊断要求。依据制定的诊断策略，在MATLAB/Simulink环境下建立了相应的诊断模型。通过台架实验采集数据，分别对NOX传感器故障诊断模型和催化器老化故障诊断模型进行了离线状态下的仿真验证。验证结果表明：本文建立的故障诊断模型满足OBD法规在线监测和诊断的要求。