CN108952901A - 基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，在发动机排气系统的SCR催化器上游及下游分别设置NOx传感器，实时计算SCR催化器实际转化效率，根据SCR催化器实际转化效率及理想转化效率计算催化器老化程度；根据催化器老化程度对尿素前馈控制量进行修正；实时计算发动机NOx比排放值；基于OBD排放限值给出OBD诊断策略判断方法。本发明所述的方法催化器的劣化系数反应出其老化程度，根据催化器的老化程度可以反馈修正尿素喷射量，实时计算车辆道路比排放，提出排放OBD监控判断方法。

Description

基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法
技术领域
本发明属于机动车的尾气排放技术领域，尤其是涉及一种基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法。
背景技术
随着社会对机动车辆需求的与日俱增，柴油机的低油耗、高效率为社会所青睐。面对柴油机较高的氮氧化物排放，众多改善排放降低污染的技术应运而生，其中尿素分解生成的氨气作为还原剂的选择性催化还原技术(SCR)成为改善排放的常用技术。事实上，发动机在高负荷下，产生的较高温度环境，以及燃油中的硫成分和机油添加剂长时间的作用到SCR催化器上会导致其活性降低。尤其在后处理系统中使用DPF置于SCR之前，(颗粒过滤器或微粒捕集器，Diesel Particulate Filter，简称DPF)，DPF被动再生时产生的瞬时高温对SCR催化器的高温失活危害进一步加剧。催化器活性降低会影响SCR控制系统的稳定性，降低控制精度，因此催化器活性程度的判断变得尤为重要。
OBD系统(On Board Diagnostics)，车载自动诊断系统。为使汽车排放和驱动性相关故障的诊断标准化，随着经济全球化和汽车国际化的程度越来越高，作为驱动性和排放诊断基础，OBDⅡ系统得到越来越广泛的实施和应用。OBDⅡ程序使得汽车故障诊断简单而统一，维修人员不需专门学习每一个厂家的新系统。
现有的SCR催化剂老化判断方法中，NOx传感器通常设置在SCR催化器下游，通过实施采集SCR下游NOx浓度，再根据发动机的NOx排放数据计算出NOx的转化效率。这种做法存在的缺陷是，发动机的NOx排放数据需要通过MAP查表方法获取，在开发环节中标定工作量非常大，且该方法受发动机工况影响，在瞬态工况下无法达到很好地跟随控制效果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，通过该方法实现SCR催化器尿素喷射前馈控制修正及SCR催化器的故障诊断。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，包括如下步骤：
S1：在发动机排气系统的SCR催化器上游及下游分别设置NOx传感器，通过上游NOx传感器实时采集上游NOx体积浓度通过下游NOx传感器实时采集下游NOx体积浓度
S2：根据及实时计算SCR催化器实际转化效率：
S3：根据SCR催化器实际转化效率及理想转化效率计算催化器老化程度；
S4：根据催化器老化程度对尿素喷射量进行修正；
S5：实时计算发动机NOx比排放值；
S6：基于排放OBD限值给出OBD实时排放监控判断方法。
进一步的，所述步骤S1中，上游及下游的NOx传感器采集数据的条件是：根据发动机工况进行判断，该判断条件是：
以下三个条件均满足时进行发动机工况判断：冷却液温度＞65℃，发动机转速＞1000rpm，负荷百分比＞15％；
上游及下游的NOx传感器的采集周期为0.2s，获取5s内的发动机转速和负荷百分比的最大值和最小值，其中，发动机转速的最大值为：Speed1，发动机转速的最小值为Speed2，负荷百分比的最大值为Torque1，负荷百分比的最小值为Torque2。
如果在5s内满足以下条件，发送机状态为瞬态：
(Speed1-Speed2)＞50rpm，即5s内采样的最大转速和最小转速之差的绝对值大于50rpm；
(Torque1-Torque2)＞5％，即5s内采样的最大负荷百分比和最小负荷百分比之差的绝对值大于5％；
如果在5s内满足以下条件，发送机状态为稳态：
(Speed1-Speed2)<50rpm，即5s内采样的最大转速和最小转速之差的绝对值小于50rpm；
(Torque1-Torque2)<5％，即5s内采样的最大负荷百分比和最小负荷百分比之差的绝对值小于5％。
进一步的，所述当判断发动机工况为稳态时，根据上游NOx传感器及下游NOx传感器得到NOx体积浓度并计算NOx转化效率。
进一步的，所述SCR催化器理想转化效率是新鲜催化剂在发动机台架试验中标定得到，只与催化器上游排气温度和排气质量流量有关，由计算出的与做比得到表征催化器老化程度的α，计算公式如下：
α位于0和1之间，α越小，催化器老化程度越高。
进一步的，所述在保证没有氨泄漏且催化器老化程度未超阈值的条件下，根据催化器老化程度对喷射量修正公式如下：
Qb＝Qf/α
Qf为前馈控制喷射量，Qb为修正后喷射量。
进一步的，所述排放OBD限值为3.5(g/kW·h)和7(g/kW·h)。
进一步的，所述在车辆行驶过程中，以发动机ETC循环功作为一个单位窗口，当发动机累计功达到单位窗口时，计算出此窗口内的发动机累积功以及NOx累计排放量，计算出发动机的比排放值，等步长移动计算窗口至所有采集点结束，得到系列窗口的比排放值：
S61：实际工况发动机输出功计算
根据发动机ECU采集到的瞬时转速和转矩信号，可计算出发动机瞬时功Wt，将发动机ETC循环功作为功基窗口，当瞬时功积分计算达到功基窗口大小，结束一个窗口的信号采集和计算，发动机实际工况累积功其中：t1为计算开始时刻，t2为计算结束时刻；
S62：实际工况后处理系统SCR的NOx排放量计算
根据SCR催化器下游的NOx传感器计算得到瞬时NOx排量每个采样点的NOx瞬时排量积分得到功基窗口的NOx排放量
S63：实际工况的比排放θ(g/kW·h)的计算公式为：
进一步的，所述OBD的实时排放监控判断方法：
根据计算出的一系列窗口比排放值θ，与OBD两个限值进行比较，当比排放值θ＜3.5时，计数器N1加1；当θ＞3.5时，计数器N2加1，同时触发限值7g/kW·h的判断，当排放值θ＜7时，计数器N11加1；当θ＞7时，计数器N22加1。所有窗口的比排放值比较结束，统计结果分布，限值为3.5g/kW·h的统计分布为当ε＞90％，OBD诊断策略不做任何动作；当ε＜90％，OBD诊断策略发出报警，通知驾驶员；限值为7g/kW·h的统计分布为当OBD诊断策略发出报警；当OBD诊断策略强制发动机限速限扭。
相对于现有技术，本发明所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法具有以下优势：根据催化器上游和下游的NOx传感器可以实时计算出实际的NOx转化效率，由采集到的排气温度和排气流量信号可以查表得到理论催化器理论参考的NOx转化效率，两者进行比较可以得出催化器的劣化系数。催化器的劣化系数反应出其老化程度，根据催化器的老化程度可以反馈修正尿素喷射量，实时计算车辆道路比排放，提出排放OBD监控判断方法。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的OBD的实时排放监控判断方法的示意图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
本技术方案所要解决的技术问题是：现有的SCR催化剂老化判断方法中，NOx传感器通常设置在SCR催化器下游，通过实施采集SCR下游NOx浓度，再根据发动机的NOx排放数据计算出NOx的转化效率。这种做法存在的缺陷是，发动机的NOx排放数据需要通过MAP查表方法获取，在开发环节中标定工作量非常大，且该方法受发动机工况影响，在瞬态工况下无法跟随控制。
为了解决上述技术问题，本实施例提供了一种基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，包括如下步骤：
S1：在发动机排气系统的SCR催化器上游及下游分别设置NOx传感器，通过上游NOx传感器实时采集上游NOx体积浓度通过下游NOx传感器实时采集下游NOx体积浓度
S2：根据及实时计算SCR催化器实际转化效率：
S3：根据SCR催化器实际转化效率及理想转化效率计算催化器老化程度；
S4：根据催化器老化程度对尿素喷射量进行修正；
S5：实时计算发动机NOx比排放值；
S6：基于OBD排放限值给出OBD实时排放监控判断方法。
所述步骤S1中，上游及下游的NOx传感器采集数据的条件是：根据发动机工况进行判断，该判断条件是：
以下三个条件均满足时进行发动机工况判断：冷却液温度＞65℃，发动机转速＞1000rpm，负荷百分比＞15％；
上游及下游的NOx传感器的采集周期为0.2s，获取5s内的发动机转速和负荷百分比的最大值和最小值，其中，发动机转速的最大值为：Speed1，发动机转速的最小值为Speed2，负荷百分比的最大值为Torque1，负荷百分比的最小值为Torque2。
如果在5s内满足以下条件，发送机状态为瞬态：
(Speed1-Speed2)＞50rpm，即5s内采样的最大转速和最小转速之差的绝对值大于50rpm；
(Torque1-Torque2)＞5％，即5s内采样的最大负荷百分比和最小负荷百分比之差的绝对值大于5％；
如果在5s内满足以下条件，发送机状态为稳态：
(Speed1-Speed2)<50rpm，即5s内采样的最大转速和最小转速之差的绝对值小于50rpm；
(Torque1-Torque2)<5％，即5s内采样的最大负荷百分比和最小负荷百分比之差的绝对值小于5％。
所述当判断发动机工况为稳态时，根据上游NOx传感器及下游NOx传感器得到NOx体积浓度并计算NOx转化效率。
所述SCR催化器理想转化效率是新鲜催化剂在发动机台架试验中标定得到，只与催化器上游排气温度和排气质量流量有关，由计算出的与做比得到表征催化器老化程度的α，计算公式如下：
α位于0和1之间，α越小，催化器老化程度越高。
所述在保证没有氨泄漏且催化器老化程度未超阈值的条件下，根据催化器老化程度对喷射量修正公式如下：
Qb＝Qf/α
Qf为前馈控制喷射量，Qb为修正后喷射量。
所述OBD排放限值为3.5(g/kW·h)和7(g/kW·h)。
所述在车辆行驶过程中，以发动机ETC循环功作为一个单位窗口，当发动机累计功达到单位窗口时，计算出此窗口内的发动机累积功以及NOx累计排放量，计算出发动机的比排放值，等步长移动计算窗口至所有采集点结束，得到系列窗口的比排放值：
S61：实际工况发动机输出功计算
根据发动机ECU采集到的瞬时转速和转矩信号，可计算出发动机瞬时功Wt，将发动机ETC循环功作为功基窗口，当瞬时功积分计算达到功基窗口大小，结束一个窗口的信号采集和计算，发动机实际工况累积功其中：t1为计算开始时刻，t2为计算结束时刻；
S62：实际工况后处理系统SCR的NOx排放量计算
根据SCR催化器下游的NOx传感器计算得到瞬时NOx排量每个采样点的NOx瞬时排量积分得到功基窗口的NOx排放量
S63：实际工况的比排放θ(g/kW·h)的计算公式为：
如图1所示，所述OBD的实时排放监控判断方法：
根据计算出的一系列窗口比排放值θ，与OBD两个限值进行比较，当比排放值θ＜3.5时，计数器N1加1；当θ＞3.5时，计数器N2加1，同时触发限值7g/kW·h的判断，当排放值θ＜7时，计数器N11加1；当θ＞7时，计数器N22加1。所有窗口的比排放值比较结束，统计结果分布，限值为3.5g/kW·h的统计分布为当ε＞90％，OBD诊断策略不做任何动作；当ε＜90％，OBD诊断策略发出报警，通知驾驶员；限值为7g/kW·h的统计分布为当OBD诊断策略发出报警；当OBD诊断策略强制发动机限速限扭。
该实施例所提供的技术方案的技术效果是根据催化器上游和下游的NOx传感器可以实时计算出实际的NOx转化效率，由采集到的排气温度和排气流量信号可以查表得到理论催化器理论参考的NOx转化效率，两者进行比较可以得出催化器的劣化系数。催化器的劣化系数反应出其老化程度，根据催化器的老化程度可以反馈修正尿素喷射量，同时可以作为催化器OBD的相关故障诊断辨识。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在发动机排气系统的SCR催化器上游及下游分别设置NOx传感器，通过上游NOx传感器实时采集上游NOx体积浓度通过下游NOx传感器实时采集下游NOx体积浓度
S2：根据及实时计算SCR催化器实际转化效率：
S3：根据SCR催化器实际转化效率及理想转化效率计算催化器老化程度；
S4：根据催化器老化程度对尿素喷射量进行修正；
S5：实时计算发动机NOx比排放值；
S6：基于排放OBD限值给出OBD实时排放监控判断方法。
2.根据权利要求1所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：步骤S1中，上游及下游的NOx传感器采集数据的条件是：根据发动机工况进行判断，该判断条件是：
以下三个条件均满足时进行发动机工况判断：冷却液温度＞65℃，发动机转速＞1000rpm，负荷百分比＞15％；
上游及下游的NOx传感器的采集周期为0.2s，获取5s内的发动机转速和负荷百分比的最大值和最小值，其中，发动机转速的最大值为：Speed1，发动机转速的最小值为Speed2，负荷百分比的最大值为Torque1，负荷百分比的最小值为Torque2。
如果在5s内满足以下条件，发送机状态为瞬态：
(Speed1-Speed2)＞50rpm，即5s内采样的最大转速和最小转速之差的绝对值大于50rpm；
(Torque1-Torque2)＞5％，即5s内采样的最大负荷百分比和最小负荷百分比之差的绝对值大于5％；
如果在5s内满足以下条件，发送机状态为稳态：
(Speed1-Speed2)<50rpm，即5s内采样的最大转速和最小转速之差的绝对值小于50rpm；
(Torque1-Torque2)<5％，即5s内采样的最大负荷百分比和最小负荷百分比之差的绝对值小于5％。
3.根据权利要求2所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：当判断发动机工况为稳态时，根据上游NOx传感器及下游NOx传感器得到NOx体积浓度并计算NOx转化效率。
4.根据权利要求1所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：SCR催化器理想转化效率是新鲜催化剂在发动机台架试验中标定得到，只与催化器上游排气温度和排气质量流量有关，由计算出的与做比得到表征催化器老化程度的α，计算公式如下：
α位于0和1之间，α越小，催化器老化程度越高。
5.根据权利要求1所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：在保证没有氨泄漏且催化器老化程度未超阈值的条件下，根据催化器老化程度对喷射量修正公式如下：
Qb＝Qf/α
Qf为前馈控制喷射量，Qb为修正后喷射量。
6.根据权利要求1所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：排放OBD限值为3.5(g/kW·h)和7(g/kW·h)。
7.根据权利要求6所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：在车辆行驶过程中，以发动机ETC循环功作为一个单位窗口，当发动机累计功达到单位窗口时，计算出此窗口内的发动机累积功以及NOx累计排放量，计算出发动机的比排放值，等步长移动计算窗口至所有采集点结束，得到系列窗口的比排放值：
S61：实际工况发动机输出功计算
根据发动机ECU采集到的瞬时转速和转矩信号，可计算出发动机瞬时功Wt，将发动机ETC循环功作为功基窗口，当瞬时功积分计算达到功基窗口大小，结束一个窗口的信号采集和计算，发动机实际工况累积功W,其中：t1为计算开始时刻，t2为计算结束时刻；
S62：实际工况后处理系统SCR的NOx排放量计算
根据SCR催化器下游的NOx传感器计算得到瞬时NOx排量每个采样点的NOx瞬时排量MNOx积分得到功基窗口的NOx排放量MNOx，
S63：实际工况的比排放θ(g/kW·h)的计算公式为：
8.根据权利要求7所述的基于双NOx传感器的SCR催化剂老化修正方法，其特征在于：OBD的实时排放监控判断方法：
根据计算出的一系列窗口比排放值θ，与OBD两个限值进行比较，当比排放值θ＜3.5时，计数器N1加1；当θ＞3.5时，计数器N2加1，同时触发限值7g/kW·h的判断，当排放值θ＜7时，计数器N11加1；当θ＞7时，计数器N22加1。所有窗口的比排放值比较结束，统计结果分布，限值为3.5g/kW·h的统计分布为当ε＞90％，OBD诊断策略不做任何动作；当ε＜90％，OBD诊断策略发出报警，通知驾驶员；限值为7g/kW·h的统计分布为当OBD诊断策略发出报警；当OBD诊断策略强制发动机限速限扭。
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