CN109268118A - 一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，包括下面的步骤：步骤一，将环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度作为监控的使能条件，当环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度同时在OBD法规里面的正常工作范围内进行下面的步骤二至步骤四，若环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度任一条件不在OBD法规里面的正常工作范围内时，则结束NOx排放在线监测；步骤二，排放区域网格化划分；步骤三，计算单元网格区域内的NOx比排放；步骤四，确定排放超标限值。具备高稳定性和鲁棒性，实现标定时间窗口内判断NOx排放是否超过OBD法规限值，确认故障后提供故障信号进行激活故障指示器和降扭的相应处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种NOx排放监测方法，更具体地说涉及一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，属于商用车柴油发动机的控制系统设计技术领域。
背景技术
当前，随着大气污染问题日益严重，越来越多的国家在机动车排放污染方面制订了越来越严格的法规。随着排放法规的升级，相伴随的车载诊断系统(OBD)的要求更加全面，OBD 限值也越来越严格；目前法规中对NOx的排放有着明确的限值规定，通过OBD对发动机的NOx 排放进行实时监控。
中国发明专利申请《一种实时在线计算的NOx排放监控方法》(申请号：CN201610766581.9)公开了一种实时在线计算的NOx排放监控方法，其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；再基于尿素喷射限值脉谱图进行发动机万有特性试验；然后建立不同工况下的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。但是，该发明专利申请存在以下缺陷：1、仅使用 NOx质量流量进行计算，未能体现不同功率下的排放水平。2、仅依据台架万有特性试验进行不同工况下的脉谱图，数据来源单一，而在实际整车运行区间，很难达到台架工况的催化器理想温度；而催化器温度是影响NOx排放值波动的重要因素，催化器温度的变化跟NOx排放值的排放正相关，但由于化学反应的迟滞性，催化器温度的变化远远落后于NOx排放值的变化；实际整车运行在相同的转速和扭矩时，因排温、工况突变、催化器老化等因素，会造成 NOx排放值的波动。3、仅对监控使能条件进行限制，从而缩小了对排放监控的范围，监测区域有限，在实际整车运行过程中，很长时间才能进入诊断。因此，本发明专利申请适应整车运行工况的NOx排放超标的诊断方法对鲁棒性和稳定性提出了很大的挑战。
发明内容
本发明针对现有的NOx排放监控方法存在上述问题，提供一种与整车工况相适应的NOx 排放在线监测方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，包括下面的步骤：步骤一，将环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度作为监控的使能条件，按照OBD法规要求，当环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度同时在OBD法规里面的正常工作范围内进行下面的步骤二至步骤四，若环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度任一条件不在OBD法规里面的正常工作范围内时，则结束NOx排放在线监测；步骤二，排放区域网格化划分：以同一个区域内的工况点的台架NOx排放结果在排放标定阈值内作为划分依据，采用发动机转速和发动机扭矩对区域进行限定；步骤三，计算单元网格区域内的 NOx比排放；步骤四，确定排放超标限值，若在线监测的NOx比排放平均值超过OBD限值1 和OBD限值2，则视为排放超标。
2.所述的步骤四后面还包括下面的步骤：故障确认和处理：NOx比排放平均值首次超过 OBD限值1和OBD限值2时，设置故障状态为预故障状态；在第二个工作循环内，NOx比排放平均值再次超过OBD限值1和OBD限值2后，设置故障状态为故障确认状态，则进行故障处理，提供故障信息给车辆仪表进行激活故障指示器，同时传递故障信息进行是否降扭的相应处理。
所述的步骤三包括下面的步骤：步骤21，在网格划分后的工况区域内，将临界范围内采集到的NOx传感器的读值按下面的公式(1)采用一阶滞后滤波法进行滤波处理得到NOx传感器值Y(t)，
Y(t)＝(1-x)×y(t)+x×y(t-1) (1)，
x为0到1之间的任意数值，y(t)为本次采样值，y(t-1)为上次滤波结果；
步骤22，采集发动机功率、NOx传感器值和排气流量值进行理想温度下的NOx比排放计算，得到理想温度下的NOx比排放；步骤23，在NOx传感器值变化率超过一定范围后，对催化器实际温度进行工况突变修正，得到修正后的催化器实际温度；步骤24，通过台架上测出的能达到某一工况最大转化效率的理想温度和修正后的催化器实际温度的差值查实际温度系数修正表，得出当前工况的温度修正系数，将当前工况的温度修正系数与当前工况的NOx比排放相乘得出经过温度修正的当前工况的NOx比排放；步骤25，根据发动机运行时间，对催化器老化系数进行修正，得到催化器老化修正系数；步骤26，将步骤三得到的经过温度修正的当前工况的NOx比排放与催化器老化修正系数相乘，得到经过老化系数修正的单元网格区域内的NOx比排放。
所述的步骤四包括下面的步骤：步骤31，对NOx比排放进行归一化处理：对单元网格区域内的NOx比排放进行权重调整，进入不同网格区域内的采样点数量和权重系数成反比，将调整权重后的结果进行累加后再平均，然后采用稀释后的尿素替换满足排放要求的尿素，使排放达到超标的临界范围；步骤32，将临界范围内计算出的NOx比排放平均值作为针对排放系统的劣化程度得出的排放超标限值，若在线监测的NOx比排放平均值超过OBD限值1和OBD 限值2，则视为排放超标。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明适应台架工况和整车运行工况，具备高稳定性和鲁棒性，实现标定时间窗口内判断NOx排放是否超过OBD法规限值，确认故障后提供故障信号进行激活故障指示器和降扭的相应处理。
2、本发明基于发动机功率和NOx传感器值计算发动机运行工况下的NOx比排放，体现了不同功率下的排放水平。
附图说明
图1是本发明流程图。
图2是本发明中NOx比排放计算模型图。
图3是本发明中工况区域内的NOx排放水平图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
参见图1至图3，一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，其应用于国五后处理控制单元上的NOx排放在线监测，具体包括下面的步骤：
步骤一，将环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度作为监控的使能条件，此处的海拔高度通过大气压力-海拔表格查出当前大气压下对应的海拔高度。然后按照OBD法规要求，当环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度同时在OBD法规里面的正常工作范围内进行下面的步骤二至步骤四；若环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度任一条件不在OBD法规里面的正常工作范围内时，则结束NOx排放在线监测。
步骤二，通过台架万有特性试验的NOx排放结果进行三维插值计算，得出理想催化器温度下全体工况区域内的排放水平，具体参见图3。本步骤二进行排放区域网格化划分：以同一个区域内的工况点的台架NOx排放结果在标定阈值内作为划分依据，采用发动机转速和发动机扭矩对区域进行限定，从而诊断覆盖面广。标定阈值：将排放区域内的排放状况通过稳态循环、瞬态循环和万有特性台架试验进行记录，根据理想催化器温度下的NOx排放结果对工况进行划分得到。
步骤三，计算单元网格区域内的NOx比排放。
步骤四，确定排放超标限值，若在线监测的NOx比排放平均值超过OBD限值1和OBD限值2，则视为排放超标。
进一步的，所述的步骤四后面还包括下面的故障确认步骤：由于法规中规定NOx排放超标故障需要在预处理循环后的第二个上电循环确认故障，NOx比排放平均值超过OBD限值1 和OBD限值2这两个故障均需要在两个工作循环后才能确认，因此对故障进行如下处理：NOx 比排放平均值首次超过OBD限值1和OBD限值2时，设置故障状态为预故障状态；在第二个工作循环内，NOx比排放平均值再次超过OBD限值1和OBD限值2后，设置故障状态为故障确认状态，则进行故障处理，提供故障信息给车辆仪表进行激活故障指示器，同时传递故障信息进行是否降扭的相应处理。
具体的，参见图2，所述的步骤三包括下面的步骤：在网格划分后的工况区域内，将临界范围内采集到的NOx传感器的读值按下面的公式(1)采用一阶滞后滤波法进行滤波处理得到NOx传感器值Y(t)，
Y(t)＝(1-x)×y(t)+x×y(t-1) (1)，
x为0到1之间的任意数值，y(t)为本次采样值，y(t-1)为上次滤波结果；公式(1)表征本次滤波结果＝(1-x)*本次采样值+x*上次滤波结果。
该滤波方法采用软件进行滤波，没有硬件上的成本，对于尖峰干扰有良好的抑制作用，适用于整车工况复杂，波动频率较高的场合。
步骤22，采集发动机功率、NOx传感器值和排气流量值进行理想温度下的NOx比排放计算，得到理想温度下的NOx比排放。
步骤23，由于化学反应产生的热能变化具有迟滞性，催化器实际温度的变化远远落后于 NOx排放值的变化；因此在NOx传感器值变化率超过一定范围后，对催化器实际温度进行工况突变修正，得到修正后的催化器实际温度。
步骤24，通过台架上测出的能达到某一工况最大转化效率的理想温度和修正后的催化器实际温度的差值查实际温度系数修正表，得出当前工况的温度修正系数，将当前工况的温度修正系数与当前工况的NOx比排放相乘得出经过温度修正的当前工况的NOx比排放。
步骤25，同时考虑到催化器老化带来的影响，因此根据发动机运行时间，对催化器老化系数进行修正，得到催化器老化修正系数。
步骤26，将步骤三得到的经过温度修正的当前工况的NOx比排放与催化器老化修正系数相乘，得到经过老化系数修正的单元网格区域内的NOx比排放。
具体的，所述的步骤四包括下面的步骤：步骤31，对NOx比排放进行归一化处理：某个网格化区域内的采样点多一些，则这个区域对最终结果的影响大一些，为尽量减少这种变动带来的影响，首先对单元网格区域内的NOx比排放进行权重调整，进入不同网格区域内的采样点数量和权重系数成反比；将调整权重后的结果进行累加后再平均，然后采用稀释后的尿素替换满足排放要求的尿素，使排放达到超标的临界范围。步骤32，将临界范围内计算出的 NOx比排放平均值作为针对排放系统的劣化程度得出的排放超标限值，若在线监测的NOx比排放平均值超过OBD限值1和OBD限值2，则视为排放超标。此处采用催化器实际温度修正系数和老化修正系数修正后得出的NOx排放平均值有效排除了整车运行工况的不确定性带来的干扰，能够准确表征系统的劣化程度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，其特征在于，包括下面的步骤：
步骤一，将环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度作为监控的使能条件，按照OBD法规要求，当环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度同时在OBD法规里面的正常工作范围内进行下面的步骤二至步骤四，若环境温度、海拔高度和发动机冷却液温度任一条件不在OBD法规里面的正常工作范围内时，则结束NOx排放在线监测；
步骤二，排放区域网格化划分：以同一个区域内的工况点的台架NOx排放结果在排放标定阈值内作为划分依据，采用发动机转速和发动机扭矩对区域进行限定；
步骤三，计算单元网格区域内的NOx比排放；
步骤四，确定排放超标限值，若在线监测的NOx比排放平均值超过OBD限值1和OBD限值2，则视为排放超标。
2.根据权利要求1所述的一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，其特征在于，所述的步骤四后面还包括下面的步骤：
故障确认和处理：NOx比排放平均值首次超过OBD限值1和OBD限值2时，设置故障状态为预故障状态；在第二个工作循环内，NOx比排放平均值再次超过OBD限值1和OBD限值2后，设置故障状态为故障确认状态，则进行故障处理，提供故障信息给车辆仪表进行激活故障指示器，同时传递故障信息进行是否降扭的相应处理。
3.根据权利要求1所述的一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，其特征在于，所述的步骤三包括下面的步骤：
步骤21，在网格划分后的工况区域内，将临界范围内采集到的NOx传感器的读值按下面的公式(1)采用一阶滞后滤波法进行滤波处理得到NOx传感器值Y(t)，
Y(t)＝(1-x)×y(t)+x×y(t-1) (1)，
x为0到1之间的任意数值，y(t)为本次采样值，y(t-1)为上次滤波结果；
步骤22，采集发动机功率、NOx传感器值和排气流量值进行理想温度下的NOx比排放计算，得到理想温度下的NOx比排放；
步骤23，在NOx传感器值变化率超过一定范围后，对催化器实际温度进行工况突变修正，得到修正后的催化器实际温度；
步骤24，通过台架上测出的能达到某一工况最大转化效率的理想温度和修正后的催化器实际温度的差值查实际温度系数修正表，得出当前工况的温度修正系数，将当前工况的温度修正系数与当前工况的NOx比排放相乘得出经过温度修正的当前工况的NOx比排放；
步骤25，根据发动机运行时间，对催化器老化系数进行修正，得到催化器老化修正系数；
步骤26，将步骤三得到的经过温度修正的当前工况的NOx比排放与催化器老化修正系数相乘，得到经过老化系数修正的单元网格区域内的NOx比排放。
4.根据权利要求1所述的一种与整车工况相适应的NOx排放在线监测方法，其特征在于，所述的步骤四包括下面的步骤：
步骤31，对NOx比排放进行归一化处理：对单元网格区域内的NOx比排放进行权重调整，进入不同网格区域内的采样点数量和权重系数成反比，将调整权重后的结果进行累加后再平均，然后采用稀释后的尿素替换满足排放要求的尿素，使排放达到超标的临界范围；
步骤32，将临界范围内计算出的NOx比排放平均值作为针对排放系统的劣化程度得出的排放超标限值，若在线监测的NOx比排放平均值超过OBD限值1和OBD限值2，则视为排放超标。
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