CN112031903A - 一种针对scr尿素喷射装置的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，属于车载设备检测技术领域；当汽车在行驶时，该方法能够在实时监测和提取SCR尿素喷施装置的出液管中尿素溶液压力的基础上，实时地对一定检测周期内的尿素溶液压力四分位差与标准四分位差进行偏差比较，通过科学的统计方法，可以实现对SCR尿素喷施装置的实时故障诊断，并能在故障状态下，将诊断结果及时提示给驾驶员，以防止出现因尿素溶液出液不平衡、压力不稳定等情况对行车的安全性与稳定性造成影响。

Description

一种针对SCR尿素喷射装置的故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，属于车载设备检测技术领域。

背景技术

随着我国汽车产业不断发展与壮大，商用车所占市场份额也在不断地提升，柴油机作为商用车的主要动力源，其需求量与交付量也逐年攀升。柴油发动机在排量充足，动力性优秀，燃油经济性出色的同时，其对环境的污染也居高不下，成为我国车辆排放治理亟待解决的问题，我国也于2019年7月1日开始在全国范围内对重型柴油机实施国VI阶段的排放标准，为了在柴油发动机工作过程中实现降低污染的目的，目前通常是采用尾气处理系统的SCR(Selective Catalytic Reduction，选择还原催化器)进行降排。

关于SCR的技术原理是利用还原剂在催化剂的作用下，在富氧的环境内将氮氧化物选择性还原生成氮气和水。目前采用的还原剂是尿素溶液(例如质量浓度为32.5％的尿素溶液)，尿素溶液后在高温下分解为NH₃和CO₂，与柴油车尾气中的NO和NO₂通过化学反应，产生氮气和水，达到排放法规要求。

在SCR中，还原剂尿素溶液经过尿素泵加压和尿素喷嘴雾化后进行喷射。具体的，在工作时，会依次经历建压，喷射以及倒抽三个流程。在建压流程中，尿素泵建压，此时尿素箱中的压力慢慢升高后维持在正常工作压力左右(装置建压完毕，压力维持在正常工作压力上下)；当满足喷射条件时，发动机控制单元或DCU发出尿素喷嘴打开指令；当发动机工作结束，钥匙开关下电，尿素泵进入倒抽阶段，为防止管路尿素结晶堵塞，泵会将管道和喷嘴中的残存尿素回抽入尿素箱。

在SCR尿素喷施装置的喷射阶段，喷嘴开度随时间周期性变化，以此来实现尿素溶液一个又一个的喷射周期，当喷嘴开启时，尿素溶液喷射，出液管内压力下降，此时尿素泵收到出液管内尿素溶液压力不足的信号便会加大占空比，以补充更多的尿素溶液进入出液管内平复其压力。

而如果其SCR尿素喷施装置内出现尿素泵老化、进液口滤清堵塞等问题时，尿素泵将更加难以补充出液管内压力，这将会使在喷嘴开启后更难及时补充其出液管尿素溶液压力，导致其压力的波动更为明显，而由此造成的尿素溶液出液不平衡，不稳定的问题也会影响SCR后处理系统的运行，降低车辆运行的效率，还可能对行车的安全性与稳定性造成影响，危害行车安全。

因此，本领域希望能够提供一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法。

发明内容

鉴于相关技术的上述问题和/或其他问题，本发明一方面提供了一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，其中，

该故障诊断方法包括以下步骤：

步骤1)：实时获取所述SCR尿素喷施装置的出液管中的尿素溶液压力值；

步骤2)：定义检测周期T，并将一个所述检测周期T按时序划分成n个时间区间t_i(t₁、t₂......t_n)；所述检测周期T初始时的异常情况累计数值设定为零；

步骤3)：顺次地对所述时间区间t_i及其对应的尿素溶液压力值绘制箱型图，并对箱型图进行分析，判断所述时间区间t_i是否出现异常情况；若出现异常情况，则异常情况累计数值增加1，否则，异常情况累计数值不增加；

所述步骤3)中，所述异常情况的判断的方法为：根据所述箱型图中的最大压力值和最小压力值获取对应的上四分位数和下四分位数，计算所述上四分位数与所述下四分位数的差，计为该时间区间的四分位差；将该时间区间的四分位差与预先测得的标准四分位差进行比较，若大于所述标准四分位差，则判断为出现异常情况；

步骤4)：若异常情况累积数值达到阈值时，发出故障警报，检测结束；若异常情况累积数值没有达到阈值，则所述时间区间t_i的序号i增加1；

步骤5)：若所述序号i的数值小于等于n，则返回到步骤3)；若所述序号i的数值大于n，则返回到步骤2)进入到下一个检测周期。

优选的，所述标准四分位差的数值和所述阈值，都预先在实验室通过模拟分析获得。

优选的，所述步骤1)中，通过设置在SCR尿素喷施装置的出液管上的压力传感器来实时获得所述SCR尿素喷施装置的出液管中的尿素溶液压力值，并将数据传输至控制器。

本发明提供了一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法；当汽车在行驶时，该方法能够在实时监测和提取SCR尿素喷施装置的出液管中尿素溶液压力的基础上，实时地对一定检测周期内的尿素溶液压力四分位差与标准四分位差进行偏差比较，通过科学的统计方法，可以实现对SCR尿素喷施装置的实时故障诊断，并能在故障状态下，将诊断结果及时提示给驾驶员，以防止出现因尿素溶液出液不平衡、压力不稳定等情况对行车的安全性与稳定性造成影响。

附图说明

图1为本发明的针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法在一具体实施例中的流程示意图；

图2为SCR尿素喷施装置的简单结构示意图；

图3为实施例1中的一组箱型图；

图4为实施例1中的另一组箱型图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于这些具体实施方式。本领域技术人员可以由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。本说明书中的各项细节也可以基于不同的观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

关于SCR尿素喷施装置的组成，参见图2，其主要包括尿素箱1、尿素泵2、出液管3、出液口4、喷嘴5、压力传感器6和控制器7。

其中，尿素箱1存储尿素溶液；尿素泵2从尿素箱1中抽取或倒回尿素溶液，尿素箱1与尿素泵2之间通过抽取管道12和倒回管道21连通，抽取管道12上设有进液口120及其滤清，倒回管道21上设有回液口210；尿素泵2通过抽取管道12从尿素箱1中抽取的尿素溶液进入到出液管3，再经过出液口4到达喷嘴5，当喷嘴5上的开关开启，尿素溶液从喷嘴5喷射。

出液管3上设有实时监控出液管3中尿素溶液压力的压力传感器6，压力传感器6将实时获取的尿素溶液压力值传输至控制器7。控制器7控制尿素泵2、压力传感器6和喷嘴5的工作。

如背景技术中所阐述的，当喷嘴5开启时，尿素溶液喷射，出液管3内压力下降，压力传感器6将尿素溶液压力值传输到控制器7，控制器7分析得到出液管3内尿素溶液压力不足的信号，同时指令尿素泵2抽取尿素溶液进入出液管3内以平复其压力。

而如果其SCR尿素喷施装置内出现尿素泵2老化，进液口120及其滤清堵塞等问题时，尿素泵2将难以补充出液管3内压力，这将会使在喷嘴5开启后更难及时补充其出液管3的尿素溶液压力，导致其压力的波动更为明显，而由此造成的尿素溶液出液不平衡，不稳定的问题也会影响SCR后处理系统的运行。

由此，在本发明的一个具体实施方案中，提供了一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，其包括以下步骤：

步骤1)：实时获取所述SCR尿素喷施装置的出液管中的尿素溶液压力值。

具体的，参见图2，装置中的出液管3上的压力传感器6来实时获得出液管3中的尿素溶液压力值，并将数据传输至控制器7。

步骤2)：定义检测周期T，并将一个检测周期T按时序划分成n个时间区间t_i(t₁、t₂......t_n)；检测周期T初始时的异常情况累计数值设定为零；

步骤3)：顺次地对时间区间t_i及其对应的尿素溶液压力值绘制箱型图，并对箱型图进行分析，判断该时间区间t_i是否出现异常情况；若出现异常情况，则异常情况累计数值增加1，否则，异常情况累计数值不增加。

步骤2)中，异常情况的判断的方法为：根据箱型图中的最大压力值和最小压力值获取对应的上四分位数和下四分位数，计算上四分位数与下四分位数的差，计为该时间区间的四分位差；将该时间区间的四分位差与预先测得的标准四分位差进行比较，若大于标准四分位差，则判断为出现异常情况。

步骤4)：若异常情况累积数值达到阈值时，发出故障警报，检测结束；若异常情况累积数值没有达到阈值，则时间区间t_i的序号i增加1；

步骤5)：若序号i的数值小于等于n，则返回到步骤3)；若序号i的数值大于n，则返回到步骤2)进入到下一个检测周期。

为便于示意，上述方案中的技术术语采用符号来表示，对于符号的具体释义下面结合方案内容阐述：

T为检测周期。

一个检测周期T按时序划分成n个时间区间t_i(t₁、t₂......t_n)；t_i为其中任意一个时间区间。

检测周期T由使用者来根据当前的实际使用情况和需求进行设定。本领域技术人员可以根据具体情况来选取合适的数值，对SCR尿素喷施装置的状态进行反馈，达到高效准确地识别其故障，达到不误报，也不漏报的要求即可。

P表示出液管3中的尿素溶液压力值。

对每一个所述时间区间t_i及其对应的尿素溶液压力值绘制箱型图，在该时间区间t_i内的最大尿素溶液压力值表示为P_MAX，最小尿素溶液压力值表示为P_MIN，根据P_MAX和P_MIN可以获得两者之间的上四分位数P₁、中位数P₂和下四分位数P₃(本发明的方案只取用箱型图参数中的上四分位数P₁与下四分位数P₃)；计算上四分位数P₁与下四分位数P₃的差，计为该时间区间t_i的四分位差△P_i(P₁-P₃＝△P_i)；

预先在实验室通过模拟分析获得本次检测周期的标准四分位差(表示为△P0)；例如，采用出液管3内尿素溶液压力值P作为评判数据来源，预先使用一套完好的SCR系统进行实验，提取其实时尿素溶液压力值P数据并按照检测周期T分组做出箱型图并提取参数计算四分位差，将多组标准数据的四分位差取得平均数，即为上述的标准四分位差△P0。

同样的，下述的异常情况累计数值的阈值C_max，也称示警计数，也是预先在实验室中通过模拟分析的方法获得。

将该时间区间t_i的四分位差△P_i与预先测得的标准四分位差△P0进行比较，若大于标准四分位差△P0，异常情况累计数值(表示为C)增加1，否则，异常情况累计数值C不增加；即，当该时间区间t_i的△P_i＞△P0时，计数C＝C+1；否则，C不增加，C＝C+0。换一个说法，当该时间区间t_i的△P_i≤△P0时，C不增加，C＝C+0；否则，C＝C+1。

若异常情况累积数值达到阈值(示警计数C_max)时，控制器7向系统发出故障警报，检测结束；若异常情况累积数值没有达到阈值，则时间区间t_i的序号i增加1(i＝i+1)。

若序号i的数值小于等于n，则返回到步骤3)，即进行下一个时间区间的分析和判断；若序号i的数值大于n，说明整个检测周期T已经全部结束，且整个检测周期T的异常情况累积数值小于阈值C_max，返回到步骤2)进行下一个检测周期，下一个检测周期的异常情况累计数值重新设定为零(即对C进行清零)。

实施例1

针对某柴油车的SCR系统的尿素喷施装置，在喷射阶段对其进行故障诊断：

如图1所示：

S1：实时获取装置的出液管中的尿素溶液压力值P；

S2：定义检测周期T＝1s，将一个检测周期T按时序划分成n(n＝100)个时间区间t_i(t₁、t₂......t₁₀₀)，每个时间区间时长为10ms；

初始的异常情况累计数值C设定为零(C＝0)；

预先在实验室通过模拟分析确定了标准四分位差△P0＝35kpa，异常情况累计数值的阈值C_max＝3；

S3：顺次地对时间区间t_i及其对应的尿素溶液压力值P绘制箱型图，提取箱型图中的上四分位数P₁与下四分位数P₃，计算该时间区间t_i的四分位差△P_i，并将△P_i与标准四分位差△P0＝35kpa进行比较；

如图1所示，如果△P_i≤△P0，则为正常情况，异常情况累计数值C不增加，C＝C+0；

如图1所示，如果△P_i＞△P0(即△P_i≤△P0判定为否)，则为异常情况，异常情况累计数值C的计数增加1，C＝C+1。

例如，参见图3，第一个时间区间t₁的箱型图，可以看出该箱型图的上四分位数P₁与下四分位数P₃差值不超过200百帕(20kpa)，即△P1＜△P0＝35kpa，其为正常情况的数据，异常情况累计数值C不增加，仍然为初始值0；

例如，参见图4，第39个时间区间t₃₉的箱型图，可以看出该箱型图的上四分位数P₁与下四分位数P₃差值约为1000百帕(100kpa)，即△P₃₉＞△P0＝35kpa，其为异常情况的数据，异常情况累计数值C增加1，C＝C+1。

S4：异常情况累积数值C没有达到阈值，则时间区间t_i的序号i增加1，即i＝i+1；若异常情况累积数值达到阈值时，发出故障警报，检测结束；

S5：若序号i的数值小于等于n，则返回到步骤3)；若序号i的数值大于n，则返回到步骤2)进入到下一个检测周期。

例如，第一个时间区间t₁的异常情况累计数值C为0，没有达到阈值，则序号i增加1，序号i＝2；由于序号i＝2小于n(100)，则返回到步骤3)进行时间区间t₂的分析和判断。

例如，第39个时间区间t₃₉的异常情况累计数值C为1，没有达到阈值，则序号i增加1，序号i＝40；由于序号i＝40小于n(100)，则返回到步骤3)进行时间区间t₄₀的分析和判断。

例如，当顺次地检测完第69个时间区间后，异常情况累计数值C＝3，达到阈值C_max，控制器7发出故障警报，例如提醒驾驶员SCR系统的尿素溶液压力波动较大，发生故障；检测结束。

例如，在另一个实施例中，顺次从时间区间t₁检测到时间区间t₁₀₀，整个检测周期T已经全部结束，且整个检测周期T的异常情况累积数值小于阈值C_max，则序号i增加1，序号i＝101；由于序号i＝101，大于n(100)，则返回到步骤2)进入到下一个检测周期，下一个检测周期的异常情况累计数值重新设定为零。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，其特征在于，

该故障诊断方法包括以下步骤：

步骤1)：实时获取所述SCR尿素喷施装置的出液管中的尿素溶液压力值；

步骤2)：定义检测周期T，并将一个所述检测周期T按时序划分成n个时间区间t_i(t₁、t₂......t_n)；所述检测周期T初始时的异常情况累计数值设定为零；

步骤3)：顺次地对所述时间区间t_i及其对应的尿素溶液压力值绘制箱型图，并对箱型图进行分析，判断所述时间区间t_i是否出现异常情况；若出现异常情况，则异常情况累计数值增加1，否则，异常情况累计数值不增加；

所述步骤3)中，所述异常情况的判断的方法为：根据所述箱型图中的最大压力值和最小压力值获取对应的上四分位数和下四分位数，计算所述上四分位数与所述下四分位数的差，计为该时间区间的四分位差；将该时间区间的四分位差与预先测得的标准四分位差进行比较，若大于所述标准四分位差，则判断为出现异常情况；

步骤4)：若异常情况累积数值达到阈值时，发出故障警报，检测结束；若异常情况累积数值没有达到阈值，则所述时间区间t_i的序号i增加1；

步骤5)：若所述序号i的数值小于等于n，则返回到步骤3)；若所述序号i的数值大于n，则返回到步骤2)进入到下一个检测周期。

2.如权利要求1所述的针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，其特征在于，

所述标准四分位差的数值和所述阈值，都预先在实验室通过模拟分析获得。

3.如权利要求1所述的针对SCR尿素喷施装置的故障诊断方法，其特征在于，

所述步骤1)中，通过设置在SCR尿素喷施装置的出液管上的压力传感器来实时获得所述SCR尿素喷施装置的出液管中的尿素溶液压力值，并将数据传输至控制器。

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