CN110925068A - 一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，包括如下步骤：S101.在满足计算条件下根据供给泵供电电压计算其确定健康状态下标准控制参数阈值；S102.供给泵工作状态满足设定条件时计算能够表征其实际健康状态控制参数；S103.根据步骤S102中计算的供给泵实际健康状态控制参数与步骤S101中计算出的确定健康状态下标准控制参数阈值的偏差确定供给泵实际健康状况；S104.根据步骤S103中计算的供给泵实际健康状况及健康控制参数偏差确定引起故障的原因并报告给供给泵控制单元。本发明能够实时监测还原剂供给泵健康状态，诊断可靠，无需增加额外成本。

Description

一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法

技术领域

本发明涉及内燃机后处理技术领域，尤其涉及一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法。

背景技术

车辆系统包含以柴油发动机为动力源的车辆形式，柴油发动机以其低油耗强动力的优越性在商用车领域占有绝对统治地位，然而其排放的颗粒污染物PM以及有毒气体成分NOx也一直为人诟病。随着我国柴油车辆排放要求不断升级，选择性催化还原系统(SCR)已经成为柴油机尾气处理系统的标准配置，其中还原剂供给泵作为SCR系统的核心部件发挥着基础作用，它负责将液态还原剂(氨水或者尿素)从存储罐内吸收、升高至设定的压力并在还原剂喷射期间维持压力稳定以保证还原剂能够被精确计量且保证喷出的液滴有足够的雾化效果防止在排气管道内形成结晶。因此，提高还原剂供给泵这一基础部件工作可靠性，实时向SCR控制系统报告供给泵健康状态就显得格外重要。

当前选择性催化还原系统提供的系统健康状态诊断方法通常监控供给泵的基础工作功能，在供给泵发生功能故障时由柴油机OBD(On Board Diagnosis)系统发出故障报告并进行限扭或者停机操作，但缺乏一定的故障预测性，即系统由老化向故障过渡的长时间运行期间内并未给用户提示，OBD系统报告出的供给泵故障，有时仅仅是由非常简易原因引发，如果提示准确由用户稍加处理即可解决，而如果用户将车辆交至售后服务中心处理则耗时耗力；另外，现有的供给泵诊断方法通常采用相同的诊断方法和诊断阈值而缺乏单个产品的个性化诊断，在大规模工业化生产中由于制造和装配的误差使得单个供给泵特性存在着一定的差异，使用相同的诊断阈值则可能带来故障的误判或者漏判，一定程度上限制了现有诊断算法的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于通过一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，该方法包括如下步骤：

S101.在满足计算条件下根据供给泵供电电压计算其确定健康状态下标准控制参数阈值；

S102.供给泵工作状态满足设定条件时计算能够表征其实际健康状态控制参数；

S103.根据步骤S102中计算的供给泵实际健康状态控制参数与步骤S101中计算出的确定健康状态下标准控制参数阈值的偏差确定供给泵实际健康状况；

S104.根据步骤S103中计算的供给泵实际健康状况及健康控制参数偏差确定引起故障的原因并报告给供给泵控制单元。

特别地，所述步骤S101中在满足计算条件下根据供给泵供电电压确定其健康状态下标准控制参数阈值中所述阈值是指供给泵动力单元转速阈值，该转速阈值的计算采用预设时间段采样供给泵动力单元实际转速值累计后求平均值的方法获得,计算获得的确定健康状态下转速阈值存入供给泵控制单元可编程可擦除区域(EEPROM)内，且在供给泵其后的寿命周期内不再进行该标准控制参数阈值的计算，根据供电电压范围内不同供电电压值确定的标准控制参数阈值形成阈值数组。

特别地，所述步骤S101中满足计算条件包括：a.供给泵以合格品初次安装运行；b.供给泵供电电压稳定；c.液态还原剂请求喷射量为0。

特别地，所述供给泵供电电压稳定是指实际采集的供给泵供电电压波动小于预先标定阈值。

特别地，所述步骤S102中供给泵工作状态满足设定条件包括:a.供给泵上电工作运行；b.供给泵供电电压稳定；c.液态还原剂请求喷射量为0。

特别地，所述表征供给泵实际健康状态的控制参数指实时计算的供给泵动力单元转速，表征供给泵实际健康状态的控制参数计算方法指采用预设时间段采样供给泵动力单元实际转速值累计后求平均值。

特别地，所述步骤S103中确定供给泵实际健康状况的方法指离线确定不同供电电压下供给泵动力单元实际转速与供给泵确定健康状态下标准转速阈值的正偏差最大值和负最大偏差值，将供给泵动力单元转速实际值与标准阈值偏差与确定的当前供电电压决定的正偏差最大值和负偏差最大值归一化处理，并根据归一化处理结果计算供给泵实际健康状况量化指标。

特别地，所述将供给泵动力单元转速实际值与标准阈值偏差与确定的当前供电电压决定的正偏差最大值和负偏差最大值归一化处理，具体包括：离线设定某一供电电压以0偏差为基准，以设定的负偏差最大值指示-100％，以正偏差最大值指示+100％，且根据供给泵供电电压范围确定若干组正负偏差最大值，以实时运行状态下的供给泵动力单元转速与对应供电电压的标准阈值偏差为输入，使用线性插值的方法确定当前供给泵动力单元转速偏差百分比。

特别地，所述步骤S103中确定供给泵实际健康状况还包括：根据当前供电电压下供给泵动力单元转速偏差百分比与设定的不同程度故障对应的百分比阈值比较，确定供给泵实际健康状况，其中，所述供给泵实际健康状况包括但不限于正常、正可疑故障、负可疑故障、正故障、负故障。

特别地，所述步骤S104中分析供给泵故障原因指根据步骤S103确定的供给泵实际健康状况处于正可疑故障或者正故障时则供给泵供给路可能存在故障，如密封泄露、吸液件磨损等原因；处于负可疑故障或者负故障时供给泵出液路可能存在故障，如回液路堵塞等可能原因。

本发明提出的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法优点如下：一、液态还原剂供给泵诊断根据核心控制参数动力单元实时转速，诊断过程覆盖供给泵每次运行过程，诊断频率高且可靠。二、当供给泵处于亚健康状态(正可疑故障或者负可疑故障)时提前预警，给客户提前安排维修机会，避免车辆使用过程中突发报故障影响正常使用活动。三、单个液体还原剂供给泵自学习诊断阈值、自动实施诊断过程，克服了采用统一诊断阈值进行诊断对产品一致性的严苛要求，提高了诊断可靠性防止误判。本发明仅在还原剂供给泵控制单元中增加一段诊断代码，无需额外的成本投资，易于推广

附图说明

图1为本发明实施例提供的柴油机后处理尿素喷射系统部件示意图；

图2为本发明实施例提供的齿轮式液态尿素泵工作原理图；

图3为本发明实施例提供的还原剂供给泵健康状态诊断流程图；

图4为本发明实施例提供的供给泵确定健康状态下标准控制参数阈值计算流程图；

图5为本发明实施例提供的供给泵实际健康状态下控制参数计算流程图；

图6为本发明实施例提供的供给泵实际健康状态判断逻辑执行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。

如图1示，柴油机后处理尿素喷射系统部件结构示意包含尿素罐11、尿素吸液管12、尿素回液管13、液态还原剂供给泵即尿素供给泵14、尿素溶液喷射管15、尿素喷嘴16。柴油机运行时，后处理系统控制器(ACU)根据柴油机废气排放状态如流量、温度等参数实时计算需要向排气管路内喷射的尿素还原剂喷射量，并根据供给泵供给压力将还原剂喷射量转化为尿素喷嘴的驱动信号并驱动喷嘴开启将计量的液态还原剂喷入柴油机排气管。喷入的还原剂与柴油机尾气中的有毒成分NOx发生氧化还原反应后以无毒的氮气(N2)排向大气从而达到净化空气保护环境的目的。

如图2所示，齿轮式液态尿素泵工作原理示意图包含进液流道21、动力单元22、尿素溶液蓄压腔23、尿素溶液溢流阀24、回液流道25、喷液流道26、尿素泵控制单元27。其中喷液管流道26与后处理系统喷射管15连接，进液流道21与尿素洗液管12连接，回液流道25与尿素回液管13连接。动力单元22通常使用电机实现，在尿素泵控制单元27控制指令下实现旋转产生真空度并将尿素罐11内的尿素溶液通过吸液管12和进液流道进入蓄压腔23。动力单元22不同转速下进入蓄压腔的尿素溶液流量不同，在蓄压腔23内实现不同压力。尿素泵控制单元27内控制程序根据蓄压腔的实际压力反馈实施闭环调节保证尿素泵工作期间蓄压腔23内压力稳定，为尿素溶液精确计量提供稳定压力源。

本实施例提出的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法即利用了动力单元22转速变化调节蓄压腔23压力的特点对尿素泵健康状态进行诊断。具体通过在尿素泵控制单元27中植入一段计算机程序来实施，该程序随尿素泵控制单元27中主控制程序同步运行，实时同主控制程序交互动力单元控制特征参数并计算后给出当前尿素泵的实际健康状态以及非健康状态可能的故障原因。计算机程序包括逻辑程序和数据部分，其中逻辑程序固化到计算机的非易失存储器(ROM)中；数据则由计算程序中的自学习部分自动计算获得后存入可编程可擦除区域(EEPROM)中，计算机逻辑程序与自学习数据在系统诊断条件满足时共同完成供给泵的健康状态诊断。

下面对本实施例提出的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法进行说明。

本发明总的流程结构如图3所示。该流程包含3个计算逻辑及2条标定曲线创建。

第1个计算逻辑为供给泵确定健康状态下的标准控制参数阈值计算逻辑。该部分逻辑的实施由计算程序根据当前供给泵的供电电压、需求还原剂喷射量、供给泵工作压力是否满足设定的条件启动触发与否，计算结果是提供供给泵在确定的无故障状态下时不同供电电压下动力单元22控制参数标准曲线，作为供给泵实际健康状态诊断的阈值，计算的结果存入尿素泵控制单元27的可编程可擦除区域(EEPROM)内，该逻辑在供给泵产品下线或者初步安装时运行，某一供电电压对应的标准阈值一旦计算完成则在供给泵之后的使用寿命期间内不再更新，当诊断区间对应的供电电压区域完全计算完成后该计算逻辑之后不再执行，除非供给泵更换或者控制器更换。

第2个计算逻辑计算表征供给泵实际健康状态的控制参数。该逻辑计算与确定健康状态标准控制参数阈值类似，根据当前的供电电压、需求还原剂喷射量、供给泵工作压力等参数满足条件时，计算尿素泵动力单元22实际控转速，其执行在供给泵整个寿命期内持续反复进行，直至故障更换供给泵。计算结果仅在当前的供电电压对应的由计算逻辑1计算的标准控制参数阈值完成后有效。

第3个计算逻辑为供给泵实际健康状态判定。以第1逻辑和第2逻辑计算获得的供给泵健康状态控制参数标准阈值与实际值的偏差、不同供电电压查询的控制参数偏差最大值、供给泵故障状态判断用偏差阈值百分比为输入，其中后两个输入通过分别查询两条标定曲线获得。该计算逻辑根据输入及阈值判定供给泵实际健康状态结果：健康，正可疑故障，负可疑故障，正故障或者负故障并给出可能的故障原因。

第1条标定曲线为不同供电电压下控制参数偏差最大值曲线，即电源电压稳定且还原剂喷射需求量为0时，动力单元实际转速与供给泵确定健康状态下标准转速阈值的偏差最大值，当实际偏差超过该最大值可确信供给泵处于正故障或者负故障，不同供电电压下该偏差最大值不同。标定曲线的创建基于一定数量的故障件，通过故障测试台测试后获取不同故障样本在对应电压下实际转速与标准阈值转速偏差，并采用去除奇点后求取平均值获得。改变不同供电电压，重复测试可完成标定曲线创建。

第2条标定曲线为供给泵故障状态判断用控制参数偏差百分比阈值曲线，该曲线针对可疑故障和确认故障设置不同百分比阈值。计算供给泵动力单元实际控制转速与确定健康状态下动力单元标准控制转速偏差与第1条曲线查询的偏差最大值之比作为供给泵实际健康状态判断输入，确定供给泵的实际健康状态是处于健康状态、正可疑故障、负可疑故障、正故障或者负故障。该标定曲线内的故障判断百分比阈值，可由供给泵制造厂家根据经验设置，例如偏差百分比超过20％设为可疑故障判断阈值，超过70％设置为确认故障阈值。

下面详细介绍3个计算逻辑。

如图4，供给泵确定健康状态下动力单元标准控制参数阈值计算步骤如下：

开始，执行步骤301，判断供给泵当前供电电压下标准控制参数阈值计算是否未完成，若否则执行供给泵实际健康状态判断，若是则开始执行步骤302；

步骤302内判断计算条件是否满足，若否则转入计算逻辑开始处，重新开始，若计算条件满足即供电电压稳定且还原剂需求喷射量为0，则执行步骤303；

步骤303内采集动力单元转速Ni,并计数i,当i超过10时，计算平均值Navg，循环计算Navg，并计数m次后计算Navg_1,Navg_2……Navg_m的平均值作为该供电电压下的供给泵确定健康状态标准控制阈值Nk。计算完毕后执行步骤304；

步骤304内等待计算过程303是否结束，若否返回步骤302继续执行直至步骤303结束后执行步骤305；

步骤305内判断供给泵控制单元27是否执行下电处理，若否则返回步骤305继续等待并查询，若是则执行步骤306.

步骤306内将计算完成的供电电压下的标准控制参数阈值及完成标志存入对应位置的EEPROM区域内，以防止下次上电运行时重复计算该电压下的供给泵确定健康状态控制参数阈值。

如图5，供给泵实际健康状态下动力单元控制参数及与阈值偏差百分比计算步骤如下：

开始，执行步骤401，判断计算条件是否满足，即供电电压稳定且还原剂需求喷射量为0且供电电压对应的控制参数阈值已经计算完毕。若否则等待，直到计算条件满足；若是执行步骤402；

步骤402内，采集供给泵动力单元实际转速Nact，采集次数计数i，当计数满足要求通常大于等于100次时，计算平均值Navg_act，作为此次供给泵实际健康状态控制参数，执行步骤403，判断Navg_act是否计算完毕，若否等待步骤402执行，直到计算完成，若是执行步骤404。

步骤404内包括3个子计算过程

1)读取该供电电压下供给泵确定健康状态控制参数阈值Nk

2)计算供给泵实际健康状态控制参数Navg_act与Nk实际偏差Δ

Δ＝Navg_act-Nk

3)根据实际偏差Δ与当前供电电压下故障最大偏差值Δmax(通过查询标定曲线1获取)，计算偏差百分比r＝(Δ/Δmax)*100％

步骤404计算完毕后，结束。

如图6，供给泵实际健康状态判定逻辑执行步骤如下：

开始，执行步骤501，判断当前供给泵健康状态评估计数器C值是否大于评估周期最大计数器Cmax，若是执行步骤502，清零所有健康状态评估计数器包括：

C:供给泵健康状态评估总计数器

C1：供给泵正常健康状态计数器

C2：供给泵负可疑故障状态计数器

C3：供给泵正可疑故障状态计数器

C4：供给泵负故障状态计数器

C5：供给泵正故障状态计数器

若否执行步骤503。

步骤503内判断供给泵实际健康状态控制参数偏差百分比r是否处于正常范围[-r1,r1]以内，若是执行步骤504，否则执行步骤505。其中控制偏差百分比阈值r1由标定曲线2查询获取，表示供给泵可疑故障状态偏差百分比阈值。

步骤504内对供给泵健康状态计数器C1加1；

步骤505判断供给泵实际健康状态控制参数偏差百分比r是否处于负可疑故障范围[-r2,-r1]以内，若是执行步骤506，否则执行步骤507。其中控制偏差百分比阈值r2由标定曲线2查询获取，表示供给泵确认故障状态偏差百分比阈值。

步骤506内对供给泵负可疑故障状态计数器C2加1；

步骤507判断判断供给泵实际健康状态控制参数偏差百分比r是否处于正可疑故障范围[r1,r2]以内，若是执行步骤508，否则执行步骤509。

步骤508内对供给泵正可疑故障状态计数器C3加1；

步骤509内判断供给泵实际健康状态控制参数偏差百分比r是否处于负故障范围[-∞，-r2]内，若是执行步骤510，否则执行步骤511；

步骤510内对供给泵负故障状态计数器C4加1；

步骤511内判断供给泵实际健康状态控制参数偏差百分比r是否处于正故障范围[r2,+∞]内，若是执行步骤512，否则执行步骤513；

步骤512内对供给泵正故障状态计数器C5加1；

步骤513内对供给泵评估状态总计数器C加1；

执行步骤514，当前供给泵实际健康状态为5个状态计数器(C1,C2,C3,C4,C5)中最大值对应的状态。

本循环程序调度结束，开始下一循坏执行，执行开始。

本发明的技术方案采用单个供给泵自学习诊断阈值、自存储阈值、自诊断实施的全自动自学习诊断方法。它在产品检验合格下线或者产品安装后且当条件满足时自我计算确定健康状态下标准控制参数阈值并存入可编程可擦除区域(EEPROM)内作为单个还原剂供给泵整个生命周期内的判断标准，之后供给泵工作期间当诊断条件满足时即进行实时的实际健康状态控制参数计算并确定供给泵实际健康状况，若供给泵处于亚健康状态则及时提醒用户，发生故障时则通过系统OBD处理，做到早预防、早发现、早处理。本发明无需增加供给泵额外成本，对产品一致性要求更低因而适宜广泛推广。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101.在满足计算条件下根据供给泵供电电压计算其确定健康状态下标准控制参数阈值；

S102.供给泵工作状态满足设定条件时计算能够表征其实际健康状态控制参数；

S103.根据步骤S102中计算的供给泵实际健康状态控制参数与步骤S101中计算出的确定健康状态下标准控制参数阈值的偏差确定供给泵实际健康状况；

S104.根据步骤S103中计算的供给泵实际健康状况及健康控制参数偏差确定引起故障的原因并报告给供给泵控制单元。

2.根据权利要求1所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S101中在满足计算条件下根据供给泵供电电压确定其健康状态下标准控制参数阈值中所述阈值是指供给泵动力单元转速阈值，该转速阈值的计算采用预设时间段采样供给泵动力单元实际转速值累计后求平均值的方法获得,计算获得的确定健康状态下转速阈值存入供给泵控制单元可编程可擦除区域(EEPROM)内，且在供给泵其后的寿命周期内不再进行该标准控制参数阈值的计算，根据供电电压范围内不同供电电压值确定的标准控制参数阈值形成阈值数组。

3.根据权利要求2所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S101中满足计算条件包括：a.供给泵以合格品初次安装运行；b.供给泵供电电压稳定；c.液态还原剂请求喷射量为0。

4.根据权利要求3所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述供给泵供电电压稳定是指实际采集的供给泵供电电压波动小于预先标定阈值。

5.根据权利要求1所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S102中供给泵工作状态满足设定条件包括:a.供给泵上电工作运行；b.供给泵供电电压稳定；c.液态还原剂请求喷射量为0。

6.根据权利要求5所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述表征供给泵实际健康状态的控制参数指实时计算的供给泵动力单元转速，表征供给泵实际健康状态的控制参数计算方法指采用预设时间段采样供给泵动力单元实际转速值累计后求平均值。

7.根据权利要求6所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S103中确定供给泵实际健康状况的方法指离线确定不同供电电压下供给泵动力单元实际转速与供给泵确定健康状态下标准转速阈值的正偏差最大值和负最大偏差值，将供给泵动力单元转速实际值与标准阈值偏差与确定的当前供电电压决定的正偏差最大值和负偏差最大值归一化处理，并根据归一化处理结果计算供给泵实际健康状况量化指标。

8.根据权利要求7所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述将供给泵动力单元转速实际值与标准阈值偏差与确定的当前供电电压决定的正偏差最大值和负偏差最大值归一化处理，具体包括：离线设定某一供电电压以0偏差为基准，以设定的负偏差最大值指示-100％，以正偏差最大值指示+100％，且根据供给泵供电电压范围确定若干组正负偏差最大值，以实时运行状态下的供给泵动力单元转速与对应供电电压的标准阈值偏差为输入，使用线性插值的方法确定当前供给泵动力单元转速偏差百分比。

9.根据权利要求8所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S103中确定供给泵实际健康状况还包括：根据当前供电电压下供给泵动力单元转速偏差百分比与设定的不同程度故障对应的百分比阈值比较，确定供给泵实际健康状况，其中，所述供给泵实际健康状况包括但不限于正常、正可疑故障、负可疑故障、正故障、负故障。

10.根据权利要求1至9之一所述的液态还原剂供给泵健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S104中分析供给泵故障原因指根据步骤S103确定的供给泵实际健康状况处于正可疑故障或者正故障时则供给泵供给路可能存在故障；处于负可疑故障或者负故障时供给泵出液路可能存在故障。

Images