CN106321206A - 一种实时在线计算的NOx排放监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车尾气后处理技术领域，尤其涉及一种实时在线计算的NOx排放监控方法。首先根据发动机正常满足排放的尿素喷射脉谱图，利用降低尿素喷射量方式进行发动机台架循环排放试验，使在法规要求的台架循环工况下SCR下游NOx比排放值达到OBD限值，得到尿素喷射限值脉谱图；基于尿素喷射限值脉谱图进行发动机万有特性试验；建立不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图，进而得到SCR下游NOx质量流量限值脉谱图；在发动机满足监控使能条件下判断设定时间段内SCR下游NOx实际质量流量的积分值是否大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值，若大于则排放超标故障报警，提高了NOx排放监控的准确度以及稳定性。

Description

一种实时在线计算的NOx排放监控方法
技术领域
本发明涉及汽车尾气后处理技术领域，尤其涉及一种实时在线计算的NOx排放监控方法。
背景技术
随着大气环境污染问题的日益突出，以欧洲、美国为代表的发达国家在机动车排放污染限制方面制定了越来越严格的法规，有力的限制了污染物向大气的排放。随着排放法规的升级，相伴随的车载诊断系统(On-Board Diagnostic，简称OBD)的要求更加全面，OBD限值也越来越严格。目前法规中对发动机NOx的排放有着明确的限值规定。现在柴油发动机NOx排放控制通常采用的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)技术，达到降低NOx排放的目的。通过OBD系统对发动机的NOx排放进行实时监控，一旦超过法规规定的限值，车辆将会亮故障指示灯，如果持续一段时间后驾驶员仍然不进行车辆维修，OBD系统会进一步对发动机的扭矩和车速进行限制。以欧VI法规为例，针对NOx的OBD限值为1.2g/kwh，当发动机在一段时间内的NOx比排放超过此限值2小时时，应将扭矩限制器激活。当排放超过OBD限值累计时间在4小时内，应将车速限制器激活，此时车速应低于80km/h，若车辆仍继续行驶，累积时间在20小时内，车速应低于20km/h。
现有技术中发动机NOx排放监控是基于SCR系统转化效率限值的排放监控策略。在发动机台架上将尿素喷射量脉谱图全工况点乘以一个小于1的系数，经过不断调试后最终找到这样一个系数α，使得按照法规要求进行的排放循环测试得到的NOx排放值裂化到法规要求的限值，然后将此时选取的监控工况范围下的NOx转化效率值填到NOx转化效率限值脉谱图中去。发动机运行时，在满足监控条件的情况下，监控策略会通过对SCR箱上游NOx值、下游NOx值进行积分，实时进行一段时间内NOx实际转化效率和限值转化效率的计算，一旦前者小于后者，将视为NOx排放超限，从而点亮故障报警灯，直至发动机限扭。但是随着排放法规的逐步升级，在发动机原机排放较高时，SCR箱下游排放限值与OBD限值对应转化效率的间隔越来越小，容易产生误报错。另外，由于发动机工况变化、外界环境等因素导致的SCR箱转化效率偏差波动较大，容易产生误报错。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何建立一种准确适用的NOx排放监控方法，提高NOx排放监控的鲁棒性，降低误报错的风险。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实时在线计算的NOx排放监控方法，包括以下步骤：
S0，根据发动机正常满足排放的尿素喷射脉谱图，利用降低尿素喷射量方式进行发动机台架循环排放试验，使在法规要求的台架循环工况下SCR下游NOx比排放值达到OBD限值，得到尿素喷射限值脉谱图；基于尿素喷射限值脉谱图进行发动机万有特性试验；建立基于不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图；
S1，判断发动机是否满足监控使能条件，若满足则执行步骤S2，否则继续执行步骤S1；
S2，以运行时间为积分区间分别对SCR下游NOx实际质量流量和SCR下游NOx质量流量限值进行积分；其中，SCR下游NOx实际质量流量根据SCR下游NOx实际浓度值求得，SCR下游NOx质量流量限值根据SCR下游NOx浓度限值脉谱图中不同工况对应的SCR下游NOx浓度限值求得；
S3，判断步骤S2中积分是否满足积分完成条件，若满足积分完成条件则执行步骤S4，否则继续执行步骤S3；
S4，判断SCR下游NOx实际质量流量的积分值是否大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值；若SCR下游NOx实际质量流量的积分值大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值，则OBD进行排放超标故障报警；否则输出排放正常；
S5，将SCR下游NOx实际质量流量的积分值和SCR下游NOx质量流量限值的积分值均清零，返回执行步骤S1。
根据本发明，所述步骤S2中SCR下游NOx质量流量限值的计算公式为：
M f ( NO X ) T h r e s = C d s _ T h r e s ( NO X ) * M f ( E x h ) 3.6 * M o l a r ( NO X ) M o l a r ( E x h ) * 10 - 6
式中，Mf(NOX)Thres为SCR下游NOx质量流量限值，单位g/s；Cds_Thres(NOX)为积分时间段内SCR下游NOx浓度限值脉谱图中不同工况下对应的SCR下游NOx浓度限值，单位ppm；Mf(Exh)为积分时间段内发动机实际废气质量流量，单位kg/h；Molar(NOX)为NOx摩尔流量；Molar(Exh)为发动机废气的摩尔质量。
根据本发明，所述步骤S2中SCR下游NOx实际质量流量的计算公式为：
M f ( NO X ) a c t = C d s _ a c t ( NO X ) * M f ( E x h ) 3.6 * M o l a r ( NO X ) M o l a r ( E x h ) * 10 - 6
式中，Mf(NOX)act为SCR下游NOx实际质量流量，单位g/s；Cds_act(NOX)为SCR下游NOx浓度传感器监测到的SCR下游NOx实际浓度值，单位ppm；Mf(Exh)为积分时间段内发动机实际废气质量流量，单位kg/h；Molar(NOX)为NOx摩尔流量；Molar(Exh)为发动机废气的摩尔质量。
根据本发明，所述步骤S3中积分完成条件为SCR下游NOx实际质量流量的积分值超过NOx设定累积量。
根据本发明，所述监控使能条件包括设定的SCR上游温度范围、转速范围、喷油量范围、废气量范围、实际氨储量范围、SCR下游NOx浓度范围、设定的水温范围、设定的环境温度范围、设定的环境压力范围、SCR下游NOx传感器露点检测正常释放、尿素喷射使能正常以及SCR下游NOx传感器无故障状态。
根据本发明，设定的SCR上游温度范围为大于200℃；设定的水温范围为70℃～100℃；设定的环境温度范围为-7℃～35℃；设定的环境压力范围为大于840hPa。
根据本发明，所述步骤S0中不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图具体包括基于转速和喷油量的SCR下游NOx浓度限值主脉谱图以及基于排气温度和废气量的SCR下游NOx浓度限值修正脉谱图。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例提供的实时在线计算的NOx排放监控方法直接通过对比一段时间内SCR下游NOx质量流量实际值积分值和该段时间内SCR下游NOx质量流量限值积分值来判断NOx排放是否正常，计算过程简单，与现有技术相比，不需要关注发动机的原排，主要关注SCR下游NOx浓度，减小了系统误差，计算过程中不涉及SCR箱转化效率，避免了现有技术中原排较高情况下正常排放转换效率与OBD限制转换效率之间的间隔小导致OBD监控容易产生误判，提高了NOx排放监控的准确度以及稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的实时在线计算的NOx排放监控方法的控制逻辑图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的实时在线计算的NOx排放监控方法，包括以下步骤：
S0，根据发动机正常满足排放的尿素喷射脉谱图，利用降低尿素喷射量方式进行发动机台架循环排放试验，使在法规要求的台架循环工况下SCR下游NOx比排放值达到OBD限值，得到尿素喷射限值脉谱图；基于尿素喷射限值脉谱图进行发动机万有特性试验；建立基于不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图。
S1，判断发动机是否满足监控使能条件，若满足监控使能条件则执行步骤S2，否则继续执行步骤S1；
S2，以运行时间为积分区间分别对SCR下游NOx实际质量流量和SCR下游NOx质量流量限值进行积分；其中，SCR下游NOx实际质量流量根据SCR下游NOx实际浓度值求得，SCR下游NOx质量流量限值根据SCR下游NOx浓度限值脉谱图中不同工况对应的SCR下游NOx浓度限值求得；具体地，本实施例中SCR下游NOx实际质量流量积分值表示为SCR下游NOx质量流量限值积分值表示为其中t0为积分开始时刻，根据发动机运行时间t1的延长，计算t0～t1时间段内的积分值；
S3，判断步骤S2中积分是否满足积分完成条件，若满足积分完成条件则执行步骤S4，否则继续执行步骤S3；具体地，本实施例中步骤S3中积分完成条件为SCR下游NOx实际质量流量的积分值超过NOx设定累积量，NOx设定累积量为根据机型设定的经验值。本实施例中的积分完成条件也可以是设定积分时间段的长度，例如取200s～500s中的一个时间长度作为积分区间段。
S4，判断SCR下游NOx实际质量流量的积分值是否大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值；若SCR下游NOx实际质量流量的积分值大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值，则OBD进行排放超标故障报警；否则输出排放正常；
S5，将SCR下游NOx实际质量流量的积分值和SCR下游NOx质量流量限值的积分值均清零，返回执行步骤S1。
本发明实施例提供的实时在线计算的NOx排放监控方法直接通过对比一段时间内SCR下游NOx质量流量实际值积分值和该段时间内SCR下游NOx质量流量限值积分值来判断NOx排放是否正常，计算过程简单，与现有技术相比，不需要关注发动机的原排，主要关注SCR下游NOx浓度，减小了系统误差，计算过程中不涉及SCR箱转化效率，避免了现有技术中原排较高情况下正常排放转换效率与OBD限制转换效率之间的间隔小导致OBD监控容易产生误判，提高了NOx排放监控的准确度以及稳定性。
进一步地，本实施例中步骤S2中SCR下游NOx质量流量限值的计算公式为：
M f ( NO X ) T h r e s = C d s _ T h r e s ( NO X ) * M f ( E x h ) 3.6 * M o l a r ( NO X ) M o l a r ( E x h ) * 10 - 6
式中，Mf(NOX)Thres为SCR下游NOx质量流量限值，单位g/s；Cds_Thres(NOX)为积分时间段内SCR下游NOx浓度限值脉谱图中不同工况下对应的SCR下游NOx浓度限值，单位ppm；Mf(Exh)为积分时间段内发动机实际废气质量流量，单位kg/h；Molar(NOX)为NOx摩尔流量；Molar(Exh)为发动机废气的摩尔质量。
进一步地，本实施例中步骤S2中SCR下游NOx实际质量流量的计算公式为：
M f ( NO X ) a c t = C d s _ a c t ( NO X ) * M f ( E x h ) 3.6 * M o l a r ( NO X ) M o l a r ( E x h ) * 10 - 6
式中，Mf(NOX)act为SCR下游NOx实际质量流量，单位g/s；Cds_act(NOX)为SCR下游NOx浓度传感器监测到的SCR下游NOx实际浓度值，单位ppm；Mf(Exh)为积分时间段内发动机实际废气质量流量，单位kg/h；Molar(NOX)为NOx摩尔流量；Molar(Exh)为发动机废气的摩尔质量。
进一步地，本实施例中监控使能条件包括设定的SCR上游温度范围、转速范围、喷油量范围、废气量范围、实际氨储量范围、SCR下游NOx浓度范围、设定的水温范围、设定的环境温度范围、设定的环境压力范围、SCR下游NOx传感器露点检测正常释放、尿素喷射使能正常以及SCR下游NOx传感器无故障状态。优选地，本实施例中设定的SCR上游温度范围为大于200℃；设定的水温范围为70℃～100℃；设定的环境温度范围为-7℃～35℃；设定的环境压力范围为大于840hPa。在满足一定的监控使能条件下进行NOx排放的监控提高了监控的准确度，避免了除SCR箱老化之外的其他因素引起的NOx排放超标误报错。
进一步地，本实施例中步骤S0中不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图具体包括基于转速和喷油量的SCR下游NOx浓度限值主脉谱图以及基于排气温度和废气量的SCR下游NOx浓度限值修正脉谱图。转速和喷油量为SCR下游NOx浓度的主要影响因素，进一步地利用排气温度和废气量对脉谱图进行修正，提高准确度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S0，根据发动机正常满足排放的尿素喷射脉谱图，利用降低尿素喷射量方式进行发动机台架循环排放试验，使在法规要求的台架循环工况下SCR下游NOx比排放值达到OBD限值，得到尿素喷射限值脉谱图；基于尿素喷射限值脉谱图进行发动机万有特性试验；建立基于不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图；
S1，判断发动机是否满足监控使能条件，若满足则执行步骤S2，否则继续执行步骤S1；
S2，以运行时间为积分区间分别对SCR下游NOx实际质量流量和SCR下游NOx质量流量限值进行积分；其中，SCR下游NOx实际质量流量根据SCR下游NOx实际浓度值求得，SCR下游NOx质量流量限值根据SCR下游NOx浓度限值脉谱图中不同工况对应的SCR下游NOx浓度限值求得；
S3，判断步骤S2中积分是否满足积分完成条件，若满足积分完成条件则执行步骤S4，否则继续执行步骤S3；
S4，判断SCR下游NOx实际质量流量的积分值是否大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值；若SCR下游NOx实际质量流量的积分值大于SCR下游NOx质量流量限值的积分值，则OBD进行排放超标故障报警；否则输出排放正常；
S5，将SCR下游NOx实际质量流量的积分值和SCR下游NOx质量流量限值的积分值均清零，返回执行步骤S1。
2.根据权利要求1所述的实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于：所述步骤S2中SCR下游NOx质量流量限值的计算公式为：
M f ( NO X ) T h r e s = C d s _ T h r e s ( NO X ) * M f ( E x h ) 3.6 * M o l a r ( NO X ) M o l a r ( E x h ) * 10 - 6
式中，Mf(NOX)Thres为SCR下游NOx质量流量限值，单位g/s；Cds_Thres(NOX)为积分时间段内SCR下游NOx浓度限值脉谱图中不同工况下对应的SCR下游NOx浓度限值，单位ppm；Mf(Exh)为积分时间段内发动机实际废气质量流量，单位kg/h；Molar(NOX)为NOx摩尔流量；Molar(Exh)为发动机废气的摩尔质量。
3.根据权利要求1所述的实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于，所述步骤S2中SCR下游NOx实际质量流量的计算公式为：
M f ( NO X ) a c t = C d s _ a c t ( NO X ) * M f ( E x h ) 3.6 * M o l a r ( NO X ) M o l a r ( E x h ) * 10 - 6
式中，Mf(NOX)act为SCR下游NOx实际质量流量，单位g/s；Cds_act(NOX)为SCR下游NOx浓度传感器监测到的SCR下游NOx实际浓度值，单位ppm；Mf(Exh)为积分时间段内发动机实际废气质量流量，单位kg/h；Molar(NOX)为NOx摩尔流量；Molar(Exh)为发动机废气的摩尔质量。
4.根据权利要求1所述的实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于：所述步骤S3中积分完成条件为SCR下游NOx实际质量流量的积分值超过NOx设定累积量。
5.根据权利要求1所述的实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于：所述监控使能条件包括设定的SCR上游温度范围、转速范围、喷油量范围、废气量范围、实际氨储量范围、SCR下游NOx浓度范围、设定的水温范围、设定的环境温度范围、设定的环境压力范围、SCR下游NOx传感器露点检测正常释放、尿素喷射使能正常以及SCR下游NOx传感器无故障状态。
6.根据权利要求5所述的实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于：设定的SCR上游温度范围为大于200℃；设定的水温范围为70℃～100℃；设定的环境温度范围为-7℃～35℃；设定的环境压力范围为大于840hPa。
7.根据权利要求1所述的实时在线计算的NOx排放监控方法，其特征在于：所述步骤S0中不同工况下的SCR下游NOx浓度限值脉谱图具体包括基于转速和喷油量的SCR下游NOx浓度限值主脉谱图以及基于排气温度和废气量的SCR下游NOx浓度限值修正脉谱图。
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