CN103016121A - 排放超标及老化检测的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了排放超标及老化检测的方法和系统，包括：将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；判断第一排放值是否超过第一阈值；当第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警；判断第一排放值是否超过第三阈值；当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警，无需标定氮氧化物原始浓度和MAP值，即可实现氮氧化物排放超标检测。

Description

排放超标及老化检测的方法和系统

技术领域

本发明涉及发动机废气排放检测技术领域，特别涉及排放超标及老化检测的方法和系统。 

背景技术

随着国四法规推行日期的临近，各大发动机的厂家越来越重视发动机的废气排放是否能满足国四标准。法规中规定发动机在不同的工作状况下废气中的氮氧化物的含量不能超过5克/千瓦时（g/kwh）和7克/千瓦时（g/kwh）。当检测到发动机排放的废气中氮氧化物排放超过5g/kwh时，需要报警；当检测到发动机排放的废气中氮氧化物排放超过7g/kwh时，需要对发动机进行扭矩限制，降低发动机的喷油，从而降低发动机的氮氧化物的排放。 

目前，发动机排放的废气中氮氧化物的含量主要通过转化效率来检测，比较氮氧化物的实际转化效率和理论转化效率。根据实际经验以及大量的试验数据标定发动机各个工况下的两个转换效率限值MAP（5g/kwh和7g/kwh标定的MAP值不同），根据两个MAP查表获得发动机各个工况下的氮氧化物的两个理论转化效率（分别对应于5g/kwh和7g/kwh）。根据氮氧化物传感器的检测信号获得发动机下游氮氧化物的质量流量，根据发动机的喷油量和进气质量流量估计发动机上游氮氧化物的质量流量，根据上游氮氧化物的质量流量和下游氮氧化物的质量流量即可得到发动机氮氧化物的实际转化效率。比较实际转化效率和理论转化效率，当实际转化效率超过对应于5g/kwh的理论转化效率时计数一次，计数达到设定阈值时进行报警；当实际转化效率超过对应于7g/kwh的理论转化效率时计数一次，计数达到设定阈值时，进行扭矩限制。 

本领域技术人员在使用上述方法检测发动机排放的废气中氮氧化物的含量时，发现有如下缺点： 

首先，需要标定发动机各个工况下的氮氧化物原始浓度和转化效率限值MAP，不同机型的发动机氮氧化物原始浓度和MAP值不同，需要分别进行标定，标定工作繁琐，并且需要大量的数据支持； 

其次，发动机各个工况下的氮氧化物原始浓度和MAP值受环境条件的影响较大，标定MAP中坐标轴以外的点式依靠坐标轴上的点计算得出，误差较大。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供了排放超标及老化检测的方法和系统，无需标定氮氧化物原始浓度和MAP值，即可实现氮氧化物排放超标检测。 

排放超标检测方法，所述方法包括： 

获取发动机工作条件； 

判断所述工作条件是否满足检测要求； 

当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量； 

采集发动机的转速和外扭矩； 

根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率； 

将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值； 

判断第一排放值是否超过第一阈值； 

当第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次； 

当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警； 

判断第一排放值是否超过第三阈值； 

当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次； 

当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。 

优选的，所述获取发动机工作条件包括： 

获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机转速和排气温度； 

则，所述判断所述工作条件是否满足检测要求具体为： 

判断环境温度是否在-7℃~35℃之间、大气压力是否低于海拔1600米处的大气压力、发动机冷却水温度是否大于70℃、发动机转速是否大于第一设定值和排气温度是否高于第二设定值。 

优选的，所述检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量具体为： 

采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮氧化物的浓度ρ； 

根据排气质量流量Q₀和浓度ρ得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q为： 

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600};$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时； 

Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时； 

ρ为废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。 

优选的，所述根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率具体为： 

计算 $W=\frac{n\×L}{9549};$

其中，W为发动机的净功率，单位为KW； 

n为转速，单位为转/分钟； 

L为外扭矩，单位为牛·米。 

排放超标检测系统，所述系统包括： 

条件获取模块，用于获取发动机工作条件； 

第一判断模块，用于判断所述工作条件是否满足检测要求； 

第一检测模块，用于当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量； 

第一采集模块，用于采集发动机的转速和外扭矩； 

第一净功率获取模块，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率； 

第一累计模块，用于将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值； 

第二判断模块，用于判断第一排放值是否超过第一阈值； 

第一触发模块，用于第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次； 

第二触发模块，用于当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警； 

第三判断模块，用于判断第一排放值是否超过第三阈值； 

第三触发模块，用于当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次； 

第四触发模块，用于当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。 

优选的，所述条件获取模块具体为： 

第一条件获取单元，用于获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机转速和排气温度； 

则，第一判断模块具体为： 

第一判断单元，用于判断环境温度是否在-7℃~35℃之间、大气压力是否低于海拔1600米处的大气压力、发动机冷却水温度是否大于70℃、发动机转速是否大于第一设定值和排气温度是否高于第二设定值。 

优选的，所述第一检测模块具体包括： 

第一采集单元，用于采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮氧化物的浓度ρ； 

质量流量获取单元，用于根据排气质量流量Q₀和浓度ρ得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q为： 

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600};$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时； 

Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时； 

ρ废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。 

优选的，所述第一净功率获取模块具体为： 

第一净功率获取单元，用于计算

其中，W为发动机的净功率，单位为KW； 

n为转速，单位为转/分钟； 

L为外扭矩，单位为牛·米。 

老化检测方法，所述方法包括： 

获取发动机工作条件； 

判断所述工作条件是否满足检测要求； 

当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件； 

判断稳态条件是否满足检测要求； 

当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量； 

采集发动机的转速和外扭矩； 

根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率； 

将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值； 

计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数； 

判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值； 

当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第三计数单元计数一次； 

当第三计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。 

优选的，当稳态条件满足检测要求时进一步包括： 

采集尿素喷射加电时间； 

将所述加电时间在第二预设时间内的累计值作为喷射时间； 

则所述计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数具体为： 

计算排放值与标准排放值之间的比值作为原始劣化系数； 

计算喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数； 

计算原始劣化系数与修正劣化系数的乘积作为劣化系数。 

优选的，所述获取稳态条件具体为： 

获取发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率； 

则判断所述工作环境条件是否满足检测要求具体为： 

判断发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率是否在规定范围内。 

老化检测系统，所述系统包括： 

条件获取模块，用于获取发动机工作条件； 

第一判断模块，用于判断所述工作条件是否满足检测要求； 

稳态获取模块，用于当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件； 

第四判断模块，用于判断稳态条件是否满足检测要求； 

第二检测模块，用于当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量； 

第二采集模块，用于采集发动机的转速和外扭矩； 

第二净功率获取模块，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率； 

第二累计模块，用于将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值； 

第一计算模块，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数； 

第五判断模块，用于判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值； 

第五触发模块，用于当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五 触发信号触发第三计数单元计数一次； 

老化故障判定模块，用于当第三计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。 

优选的，所述系统进一步包括： 

加电时间采集模块，用于采集尿素喷射加电时间； 

第三累计模块，用于将所述加电时间在第一预设时间内的累计值作为喷射时间； 

则第一计算模块具体包括： 

第一计算单元，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为原始劣化系数； 

第二计算单元，用于计算喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数； 

第三计算单元，用于计算原始劣化系数与修正劣化系数的乘积作为劣化系数。 

优选的，所述稳态获取模块具体为： 

第一稳态获取单元，用于获取发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率； 

则第四判断模块具体为： 

第四判断单元，用于判断发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率是否在规定范围内。 

由上述内容可知，本发明有如下有益效果： 

首先，本发明所提供的排放超标检测方法，当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；采集发动机的转速和外扭矩；根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；判断第一排放值是否超过第一阈值；当第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警； 判断第一排放值是否超过第三阈值；当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警，第一排放值与国四标准中对氮氧化物的含量排放标准单位一致的值，即与5克/千瓦时（g/kwh）和7克/千瓦时（g/kwh）的单位一致，可以直接进行比较，无需对不同机型的发动机的各个工况下的氮氧化物的原始浓度和理论转化效率进行标定，可以直接检测发动机废气的排放是否超标，减少检测的工作量； 

其次，第一排放值直接与国四排放标准进行比较，而不是与标定的理论转化效率限值比较，提高检测排放超标的可靠性。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明排放超标检测方法实施例一流程图； 

图2为本发明排放超标检测系统实施例二结构示意图； 

图3为本发明老化检测方法实施例三流程图； 

图4为本发明老化检测系统实施例四结构示意图。 

具体实施方式

本发明提供了排放超标及老化检测的方法和系统，无需标定氮氧化物原始浓度和MAP值，即可实现氮氧化物排放超标检测。 

本发明所提供的排放超标检测方法，获取发动机工作条件；判断所述工作条件是否满足检测要求；当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；采集发动机的转速和外扭矩；根据所述 转速和外扭矩获得发动机的净功率；将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；判断第一排放值是否超过第一阈值；当第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警；判断第一排放值是否超过第三阈值；当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。 

本发明所提供的排放超标检测系统，条件获取模块，用于获取发动机工作条件；第一判断模块，用于判断所述工作条件是否满足检测要求；第一检测模块，用于当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；第一采集模块，用于采集发动机的转速和外扭矩；第一净功率获取模块，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；第一累计模块，用于将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；第二判断模块，用于判断第一排放值是否超过第一阈值；第一触发模块，用于第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；第二触发模块，用于当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警；第三判断模块，用于判断第一排放值是否超过第三阈值；第三触发模块，用于当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；第四触发模块，用于当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。 

本发明所提供的老化检测方法，获取发动机工作条件；判断所述工作条件是否满足检测要求；当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件；判断稳态条件是否满足检测要求；当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；采集发动机的转速和外扭矩；根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值； 计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数；判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值；当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第五计数单元计数一次；当第五计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。 

本发明所提供的老化检测系统，条件获取模块，用于获取发动机工作条件；第一判断模块，用于判断所述工作条件是否满足检测要求；稳态获取模块，用于当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件；第四判断模块，用于判断稳态条件是否满足检测要求；第二检测模块，用于当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；第二采集模块，用于采集发动机的转速和外扭矩；第二净功率获取模块，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；第二累计模块，用于将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值；第一计算模块，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数；第五判断模块，用于判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值；第五触发模块，用于当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第五计数单元计数一次；老化故障判定模块，用于当第五计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。 

下面结合附图对具体实施例进行详细说明。 

实施例一 

图1为本发明排放超标检测方法实施例一流程图，包括： 

步骤101：获取发动机工作条件。 

获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机冷却水温度、发动机转速和排气温度等工作条件。本发明中不仅限于上述工作条件，还可以包括氮氧化物传感器是否工作，发动机废气中氮氧化物的浓度，排气的质量流量等。 

步骤102：判断所述工作条件是否满足检测要求，如果是，执行步骤 103，如果否，返回步骤101。 

排放法规要求大气压力应低于海拔1600处的大气压力，环境温度在-7℃~35℃之间、发动机冷却水温度大于70℃。判断大气压力、环境温度和发动机冷却水温度是否符合排放法规要求。 

判断发动机转速是否超过第一设定值，第一设定值与发动机的型号有关，不同发动机第一设定值不同，一般发动机转速要求大于1000转。 

判断排气温度是否超过第二设定值，第二设定值与发动机的型号有关，不同发动机第二设定值不同，一般发动机的排气温度大于200℃。优选的，还包括氮氧化物传感器处于工作状态等工作条件符合检测要求。 

所有设置的工作条件都要符合检测要求才能进行排放超标检测，只要有一个工作条件不满足检测要求，就不能进行排放超标检测，返回步骤101。 

步骤103：当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量。 

由于氮氧化物传感器检测的发动机废气中的氮氧化物的值是以浓度（ppm）为单位的，实际检测中需要根据排气质量流量将氮氧化物的浓度转化为质量流量，单位为克/小时。具体按照以下步骤执行： 

采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮氧化物的浓度ρ。 

其中，Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时；ρ废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。 

则，根据公式（1）得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q： 

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600}---\left(1\right)$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时，46为氮氧化物（NO2）的摩尔分数，单位为g/mol，29为空气的摩尔分数，单位为g/mol，277.78为10⁶与3600的比值，将排气流量kg/h的单位转换成mg/s的单位。1kg=10⁶mg，1h=3600秒。 

步骤104：采集发动机的转速和外扭矩。 

步骤105：根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率。 

根据公式（2）得发动机的净功率W： 

$W=\frac{n\×L}{9549}---\left(2\right)$

其中，W为发动机的净功率，单位为KW；n为转速，单位为转/分钟；L为外扭矩，单位为牛·米。 

步骤103和步骤104-105执行的顺序不进行限定，当所述工作条件满足检测要求时，也可以先执行步骤104-105，再执行步骤103。 

步骤106：将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值。 

分别将氮氧化物的质量流量和发动机的净功率进行同等时间的积分，将积分后的累计值的比值作为第一排放值，即将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值。第一预设时间为积分累计时间，可以根据实际情况自行设定，一般为1~2分钟。第一排放值即为发动机废气中的氮氧化物的排放值。第一排放值的单位与国四标准中的超标法规要求的限值单位相同，为g/kwh，额可以直接与法规中规定的氮氧化物排放超标限值比较。 

步骤107：判断第一排放值是否超过第一阈值，如果是，执行步骤108，如果否，返回步骤101。 

第一阈值为法规中规定的氮氧化物排放不能超过5g/kwh，当超过5g/kwh时，需要报警。 

步骤108：当第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次。 

当第一排放值大于5g/kwh时，触发第一计数单元计数一次，第一计数单元对第一排放值超过5g/kwh的次数进行计数。 

步骤109：当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警。 

第二阈值为第一计数单元计数的次数的限值，可以根据实际情况自行设定。当超过第二阈值时，进行排放超标报警。当第一计数单元的计数次 数小于第二阈值，即没有超过第一计数单元计数的次数限值时，返回步骤101。第一报警单元用于进行排放超标报警。 

步骤110：判断第一排放值是否超过第三阈值，如果是，执行步骤111，如果否，返回步骤101。 

第三阈值为法规中规定的氮氧化物排放不能超过7g/kwh，当超过5g/kwh时，需要进行扭矩限制。 

步骤111：当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次。 

当第一排放值大于7g/kwh时，触发第二计数单元计数一次，第二计数单元对第一排放值超过7g/kwh的次数进行计数。 

步骤112：当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。 

第四阈值为第二计数单元计数的次数的限值，可以根据实际情况自行设定。当超过第四阈值时，进行扭矩限制报警。当第二计数单元的计数次数小于第四阈值，即没有超过第二计数单元计数的次数限值时，返回步骤101。第二报警单元用于进行扭矩限制报警。 

步骤107-109和步骤110-112执行的顺序不进行限定，也可以先执行步骤110-112，再执行步骤107-109，或者步骤107-109和步骤110-112同时执行。对第一排放值超过法规中规定的氮氧化物排放限值5g/kwh和7g/kwh的次数都进行计数，超过各自计数的次数限值时，进行报警。 

优选的，本发明中还可以在第一排放值大于7g/kwh时，不执行步骤106-1108，不对此时大于5g/kwh的次数进行计数。 

由上述内容可知，本发明有如下有益效果： 

首先，本发明所提供的排放超标检测方法，当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；采集发动机的转速和外扭矩；根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；判断第一排放值是否超过第一阈值；当第一排放值超过 第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警；判断第一排放值是否超过第三阈值；当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警，第一排放值与国四标准中对氮氧化物的含量排放标准单位一致的值，即与5克/千瓦时（g/kwh）和7克/千瓦时（g/kwh）的单位一致，可以直接进行比较，无需对不同机型的发动机的各个工况下的氮氧化物的原始浓度和理论转化效率进行标定，可以直接检测发动机废气的排放是否超标，减少检测的工作量； 

其次，第一排放值直接与国四排放标准进行比较，而不是与标定的理论转化效率限值比较，提高检测排放超标的可靠性。 

实施例二 

图2为本发明排放超标检测系统实施例二结构示意图，是与实施例一所保护的方法所对应的系统，包括： 

条件获取模块201，用于获取发动机工作条件。 

优选的，所述条件获取模块201具体为： 

第一条件获取单元，用于获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机冷却水温度、发动机转速和排气温度。 

第一判断模块202，用于判断所述工作条件是否满足检测要求，如果是，进入第一检测模块203，如果否，进入条件获取模块201。 

优选的，所述第一判断模块202具体为： 

第一判断单元，用于判断环境温度是否在-7℃~35℃之间、大气压力是否低于海拔1600米处的大气压力、发动机冷却水温度大于70℃、发动机转速是否大于第一设定值和排气温度是否高于第二设定值。 

第一检测模块203，用于当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量。 

优选的，所述第一检测模块203具体包括： 

第一采集单元，用于采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮 氧化物的浓度ρ。 

质量流量获取单元，用于根据排气质量流量Q₀和浓度ρ得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q为： 

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600}.$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时； 

Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时； 

ρ废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。 

第一采集模块204，用于采集发动机的转速和外扭矩。 

第一净功率获取模块205，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率。 

优选的，所述第一净功率获取模块205具体为： 

第一净功率获取单元，用于计算

其中，W为发动机的净功率，单位为KW； 

n为转速，单位为转/分钟； 

L为外扭矩，单位为牛·米。 

第一累计模块206，用于将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值。 

第二判断模块207，用于判断第一排放值是否超过第一阈值，如果是，进入第一触发模块208，如果否，进入条件获取模块201。 

第一触发模块208，用于第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次。 

第二触发模块209，用于当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警； 

第三判断模块210，用于判断第一排放值是否超过第三阈值，如果是，进入第三触发模块211，如果否，进入条件获取模块201。 

第三触发模块211，用于当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触 发信号触发第二计数单元计数一次。 

第四触发模块212，用于当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。 

实施例三 

图3为本发明老化检测方法实施例三流程图，SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）催化转化器，用于降低发动机废气中氮氧化物的含量。在长时间使用后，会存在转换效率降低导致发动机氮氧化物排放超标的情况。因此需要一种SCR催化转化器老化检测方法，保证在其老化时能够提示更换，从而保证对发动机排放废气中氮氧化物的降低处理。包括步骤： 

步骤301：获取发动机工作条件。 

步骤302：判断所述工作条件是否满足检测要求，如果是，执行步骤303，如果否，返回步骤101。 

步骤301与步骤302与实施例一中的步骤101和步骤102相同，获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机转速和排气温度等工作条件。本发明中不仅限于上述工作条件，还可以包括氮氧化物传感器是否工作，发动机废气中氮氧化物的浓度，排气的质量流量等。 

排放法规要求大气压力应低于海拔1600处的大气压力，环境温度在-7℃~35℃之间，发动机冷却水温度大于70℃。判断大气压力和环境温度是否符合排放法规要求。 

判断发动机转速是否超过第一设定值，第一设定值与发动机的型号有关，不同发动机第一设定值不同，一般发动机转速要求大于1000转。 

判断排气温度是否超过第二设定值，第二设定值与发动机的型号有关，不同发动机第二设定值不同，一般发动机的排气温度大于200℃。优选的，还包括氮氧化物传感器处于工作状态等工作条件符合检测要求。 

所有设置的工作条件都要符合检测要求才能进行排放超标检测，只要有一个工作条件不满足检测要求，就不能进行排放超标检测，返回步骤101。 

步骤303：当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件。 

获取稳态条件，主要是获取发动机的转速、喷油量、排气温度和排气流量。 

步骤304：判断稳态条件是否满足检测要求，如果是，执行步骤305，如果否，返回步骤301。 

判断发动机的转速、喷油量、排气温度和排气流量是否在规定的范围内。当发动机工作在比较稳定的状态时，发动机的转速、喷油量、排气温度和排气流量会稳定在一定范围内。各个稳态条件规定的范围与发动机的型号和工况有关，可以根据发动机的型号和工况进行具体设置。所有的稳态条件都必须在规定的范围内，稳态条件才满足检测要求，若有一个稳态条件不在规定范围内，则不满足检测要求，不能进行老化检测 

步骤305：当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量。 

检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量与实施例一中步骤103相同： 

由于氮氧化物传感器检测的发动机废气中的氮氧化物的值是以浓度（ppm）为单位的，实际检测中需要根据排气质量流量将氮氧化物的浓度转化为质量流量，单位为克/小时。具体按照以下步骤执行： 

采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮氧化物的浓度ρ。 

其中，Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时；ρ废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。 

则，根据公式（1）得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q： 

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600}---\left(1\right)$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时，46为氮氧化物的摩尔分数，单位为g/mol，29为空气的摩尔分数，单位为g/mol，277.78为10⁶与3600的比值，将排气流量kg/h的单位转换成mg/s的单位。1kg=10⁶mg，1h=3600秒。 

步骤306：采集发动机的转速和外扭矩。 

步骤307：根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率。 

步骤306和步骤307与实施例一中的步骤104和步骤105相同： 

根据公式（2）得发动机的净功率W： 

$W=\frac{n\×L}{9549}---\left(2\right)$

其中，W为发动机的净功率，单位为KW；n为转速，单位为转/分钟；L为外扭矩，单位为牛·米。 

步骤305和步骤306-307执行的顺序不进行限定，当所述工作条件满足检测要求时，也可以先执行步骤306-307，再执行步骤305。 

步骤308：将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值。 

步骤308与实施例一中的步骤106相同。第二预设时间为积分时间，可以跟实施例中的第一预设时间相同，也可以不同，根据实际情况进行设定。一般为1~2分钟。 

分别将氮氧化物的质量流量和发动机的净功率进行同等时间的积分，将积分后的累计值的比值作为第二排放值，即将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值。第二排放值即为发动机废气中的氮氧化物的排放值。第二排放值的单位与国四标准中的超标法规要求的限值单位相同，为g/kwh，额可以直接与法规中规定的氮氧化物排放超标限值比较。 

优选的，进一步的： 

采集尿素喷射加电时间。 

将所述加电时间在第二预设时间内的累计值作为喷射时间。 

理论上，如果发动机所工作的工况足够稳定（转速和喷油量波动都比较小），SCR系统的尿素喷射量也应该是相当的。但由于环境条件等差异导致老化前和老化后尿素喷射量有差异，即使没老化也会造成排放的差异。实际的尿素喷射量与尿素喷嘴加电时间成正比，因此在一段时间内对加电时间的积分能直接反应尿素喷射量的多少。在每次对氮氧化物质量流量和 净功率积分的同时对尿素喷射加电时间进行积分。 

步骤309：计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数。 

标准排放值为最初满足老化检测要求下的前三次所计算出的三个第二排放值的平均值。满足老化检测要求时，将前三次所计算出的三个第二排放值保存，计算出三个第二排放值的平均值作为标准排放值。 

由于环境条件等的差异导致老化前和老化后尿素喷射量有差异，即使没老化也会造成排放的差异。因此根据老化前和老化后尿素喷射量的差异对老化前与老化后的劣化系数进行修正，进一步的提高催化转化器老化判断的准确性。即如果老化前的尿素喷射量比老化后喷的多，老化后的劣化系数会更差些，所以老化前与老化后的劣化系数要乘以一个小于1的系数，以消除因尿素喷射量减少所造成的恶化的情况。 

优选的， 

计算排放值与标准排放值之间的比值作为原始劣化系数； 

计算喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数； 

计算原始劣化系数与修正劣化系数的乘积作为劣化系数。 

标准喷射时间为最初满足老化检测要求下的前三次所累计的三个喷射时间的平均值。满足老化检测要求时，将前三次所累积的三个喷射时间保存，计算出三个喷射时间的平均值作为标准喷射时间。将喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数。 

步骤310：判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值，如果是，执行步骤311，如果否，返回步骤301。 

老化劣化限值是催化转化器的性能检测规范，是一个行业规范，是根据催化转化器的型号或性能等由企业自行设定的，具体的老化劣化限值与具体的催化转化器有关，这里不作具体的限定。 

步骤311：当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第三计数单元计数一次。 

当劣化系数大于预设老化劣化限值时，触发第三计数单元计数一次，第三计数单元对劣化系数大于预设老化劣化限值的次数进行计数。 

步骤312：当第三计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。 

第五阈值为第三计数单元计数的次数的限值，可以根据实际情况自行设定。当第三计数单元计数次数超过第五阈值时，判定催化转化器老化故障。当第三计数单元的计数次数小于第五阈值时，即没有超过第三计数单元计数的次数限值时，返回步骤301。 

由上述内容可知，本发明还有如下有益效果： 

本发明还提供了一种SCR老化检测方法，保证在其老化时能够提示更换，从而保证对发动机排放废气中氮氧化物的降低处理。 

实施例四 

图4为本发明老化检测系统实施例四结构示意图，是与实施例三所保护的老化检测方法所对应的系统，具体包括： 

条件获取模块401，用于获取发动机工作条件。 

第一判断模块402，用于判断所述工作条件是否满足检测要求。 

稳态获取模块403，用于当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件。 

所述稳态获取模块403具体为： 

第一稳态获取单元，用于获取发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率。 

第四判断模块404，用于判断稳态条件是否满足检测要求。 

所述第四判断模块404具体为： 

第四判断单元，用于判断发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率是否在规定范围内。 

第二检测模块405，用于当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量。 

第二采集模块406，用于采集发动机的转速和外扭矩。 

第二净功率获取模块407，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率。 

优选的，所述系统进一步包括： 

加电时间采集模块，用于采集尿素喷射加电时间。 

第二累计模块408，用于将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值。 

优选的，所述系统进一步包括： 

第三累计模块，用于将所述加电时间在第一预设时间内的累计值作为喷射时间。 

第三累计模块可以与第二累计模块为同一个累计模块，也可以是不同的累计模块。 

第一计算模块409，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数。 

所述第一计算模块409具体包括： 

第一计算单元，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为原始劣化系数。 

第二计算单元，用于计算喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数。 

第三计算单元，用于计算原始劣化系数与修正劣化系数的乘积作为劣化系数。 

第五判断模块410，用于判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值。 

第五触发模块411，用于当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第三计数单元计数一次。 

老化故障判定模块412，用于当第三计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (14)

1.排放超标检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取发动机工作条件；

判断所述工作条件是否满足检测要求；

当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；

采集发动机的转速和外扭矩；

根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；

将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；

判断第一排放值是否超过第一阈值；

当第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；

当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警；

判断第一排放值是否超过第三阈值；

当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；

当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取发动机工作条件包括：

获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机转速和排气温度；

则，所述判断所述工作条件是否满足检测要求具体为：

判断环境温度是否在-7℃~35℃之间、大气压力是否低于海拔1600米处的大气压力、发动机冷却水温度是否大于70℃、发动机转速是否大于第一设定值和排气温度是否高于第二设定值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量具体为：

采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮氧化物的浓度ρ；

根据排气质量流量Q₀和浓度ρ得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q为：

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600};$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时；

Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时；

ρ为废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率具体为：

计算 $W=\frac{n\×L}{9549};$

其中，W为发动机的净功率，单位为KW；

n为转速，单位为转/分钟；

L为外扭矩，单位为牛·米。

5.排放超标检测系统，其特征在于，所述系统包括：

条件获取模块，用于获取发动机工作条件；

第一判断模块，用于判断所述工作条件是否满足检测要求；

第一检测模块，用于当所述工作条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；

第一采集模块，用于采集发动机的转速和外扭矩；

第一净功率获取模块，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；

第一累计模块，用于将所述质量流量在第一预设时间内的累计值与所述净功率在第一预设时间内的累计值的比值作为第一排放值；

第二判断模块，用于判断第一排放值是否超过第一阈值；

第一触发模块，用于第一排放值超过第一阈值时，发送第一触发信号触发第一计数单元计数一次；

第二触发模块，用于当第一计数单元计数次数大于第二阈值时，发送第二触发信号触发第一报警单元报警；

第三判断模块，用于判断第一排放值是否超过第三阈值；

第三触发模块，用于当第一排放值超过第三阈值时，发送第三触发信号触发第二计数单元计数一次；

第四触发模块，用于当第二计数单元计数次数大于第四阈值时，发送第四触发信号触发第二报警单元报警。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述条件获取模块具体为：

第一条件获取单元，用于获取发动机工作的环境温度、大气压力、发动机转速和排气温度；

则，第一判断模块具体为：

第一判断单元，用于判断环境温度是否在-7℃~35℃之间、大气压力是否低于海拔1600米处的大气压力、发动机冷却水温度是否大于70℃、发动机转速是否大于第一设定值和排气温度是否高于第二设定值。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一检测模块具体包括：

第一采集单元，用于采集发动机的排气质量流量Q₀，以及废气中的氮氧化物的浓度ρ；

质量流量获取单元，用于根据排气质量流量Q₀和浓度ρ得发动机废气中的氮氧化物的质量流量Q为：

$Q=Q_0\×277.78\×\frac{\mathrm{\ρ}}{{10}^6}\×\frac{46}{29}\×\frac{1000}{3600};$

其中，Q为发动机废气中的氮氧化物的质量流量，单位为克/小时；

Q₀为发动机的排气质量流量，单位为千克/小时；

ρ废气中的氮氧化物的浓度，单位为ppm。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一净功率获取模块具体为：

第一净功率获取单元，用于计算

其中，W为发动机的净功率，单位为KW；

n为转速，单位为转/分钟；

L为外扭矩，单位为牛·米。

9.老化检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取发动机工作条件；

判断所述工作条件是否满足检测要求；

当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件；

判断稳态条件是否满足检测要求；

当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；

采集发动机的转速和外扭矩；

根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；

将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值；

计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数；

判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值；

当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第三计数单元计数一次；

当第三计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当稳态条件满足检测要求时进一步包括：

采集尿素喷射加电时间；

将所述加电时间在第二预设时间内的累计值作为喷射时间；

则所述计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数具体为：

计算排放值与标准排放值之间的比值作为原始劣化系数；

计算喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数；

计算原始劣化系数与修正劣化系数的乘积作为劣化系数。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述获取稳态条件具体为：

获取发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率；

则判断所述工作环境条件是否满足检测要求具体为：

判断发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率是否在规定范围内。

12.老化检测系统，其特征在于，所述系统包括：

条件获取模块，用于获取发动机工作条件；

第一判断模块，用于判断所述工作条件是否满足检测要求；

稳态获取模块，用于当所述工作条件满足检测要求时，获取稳态条件；

第四判断模块，用于判断稳态条件是否满足检测要求；

第二检测模块，用于当稳态条件满足检测要求时，检测发动机废气中的氮氧化物的质量流量；

第二采集模块，用于采集发动机的转速和外扭矩；

第二净功率获取模块，用于根据所述转速和外扭矩获得发动机的净功率；

第二累计模块，用于将所述质量流量在第二预设时间内的累计值与所述净功率在第二预设时间内的累计值的比值作为第二排放值；

第一计算模块，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为劣化系数；

第五判断模块，用于判断劣化系数是否大于预设老化劣化限值；

第五触发模块，用于当劣化系数大于预设老化劣化限值时，发送第五触发信号触发第三计数单元计数一次；

老化故障判定模块，用于当第三计数单元计数次数大于第五阈值时，判定催化转化器老化故障。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：

加电时间采集模块，用于采集尿素喷射加电时间；

第三累计模块，用于将所述加电时间在第一预设时间内的累计值作为喷射时间；

则第一计算模块具体包括：

第一计算单元，用于计算第二排放值与标准排放值之间的比值作为原始劣化系数；

第二计算单元，用于计算喷射时间与标准喷射时间的比值作为修正劣化系数；

第三计算单元，用于计算原始劣化系数与修正劣化系数的乘积作为劣化系数。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述稳态获取模块具体为：

第一稳态获取单元，用于获取发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率；

则第四判断模块具体为：

第四判断单元，用于判断发动机的转速、喷油量、排气温度、排气流量和输出功率是否在规定范围内。

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