CN112112716B - 一种scr系统尿素溶液浓度异常的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油机后处理系统控制技术领域，具体公开了一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，其中，包括：检测使能条件是否满足；当使能条件满足时，对SCR系统的上游和下游NO_x传感器测量值进行积分运算，同时对SCR化学反应模型计算的NO_x值进行积分运算；根据SCR系统的上游NO_x传感器测量值进行积分运算的结果判断SCR上游NO_x质量流量的累计值是否超过预设阈值，且累计时间是否超过预设时间；若均超过，则计算SCR上游NO_x传感器质量流量累积值与SCR化学反应模型计算的质量流量累积值之间的差值；根据差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常。本发明提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法能够实现对尿素溶液浓度异常的诊断。

Description

一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法

技术领域

本发明涉及柴油机后处理系统控制技术领域，尤其涉及一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法。

背景技术

随着国家排放法规的进一步加严，柴油机需采用后处理系统进一步降低排放，以满足排放法规要求。SCR(选择性催化还原)系统通过往排气中喷射尿素溶液，尿素溶液在高温下分解成NH3，在催化剂的作用下，与尾气中的NOx进反应，从而消除掉尾气中的有害排气NOx。SCR系统是由控制单元、尿素箱、尿素泵、喷嘴、SCR催化器以及相关传感器组成。在道路用柴油机国六阶段和非道路四阶段，OBD法规要求后处理系统需要能够诊断出尿素箱内加注的尿素水溶液是否为32.5％浓度合格尿素溶液，以防止用户使用低浓度尿素溶度或者使用水来替换。这就要求后处理控制系统能够诊断出用户使用的尿素水溶液是否满足要求。目前一般是采用尿素品质传感器来诊断尿素水溶液是否满足要求。但是在使用过程中，尿素品质传感器存在测量不准确，尿素箱内产生的气泡会影响尿素品质传感器测量值等问题，而且增加品质传感器会导致SCR后处理系统成本增加。

发明内容

本发明提供了一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，解决相关技术中存在的尿素溶液浓度异常无法诊断的问题。

作为本发明的一个方面，提供一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，其中，包括：

检测使能条件是否满足，其中所述使能条件包括SCR系统工作正常的判断条件；

当所述使能条件满足时，对SCR系统的上游和下游NO_x传感器测量值进行积分运算，同时对SCR化学反应模型计算的NO_x值进行积分运算；

根据所述SCR系统的上游NO_x传感器测量值进行积分运算的结果判断SCR上游NO_x质量流量的累计值是否超过预设阈值，且累计时间是否超过预设时间；

若所述SCR上游NO_x质量流量的累计值超过第一预设阈值，且累计时间超过预设时间，则计算SCR上游NO_x传感器质量流量累积值与SCR化学反应模型计算的质量流量累积值之间的差值；

根据所述差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常。

进一步地，所述根据所述差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常，包括：

若所述差值大于预设差值，则判定所述SCR系统尿素溶液浓度低于标准值，并发出故障报警信号。

进一步地，所述SCR系统工作正常的判断条件包括：

判断传感器信号和执行器是否正常；

判断SCR系统是否有氨气泄露情况出现。

进一步地，所述判断传感器信号和执行器是否正常，包括：

判断发送机转速、扭矩、排气流量、上下游NO_x传感器信号、SCR排气温度传感器信号、环境温度信号、无尿素泵故障和无喷嘴故障是否正常。

进一步地，所述判断SCR系统是否有氨气泄露情况出现，包括：

判断发送机工作状态是否处于稳定状态；

若发动机工作状态处于稳定状态，则判断SCR系统下游NO_x浓度平均值是否大于目标设定值；

若大于目标设定值，则控制尿素喷射量增大，且判断SCR系统下游NO_x浓度平均值是否小于上一时长平均值；

若小于上一时长平均值，则判定无氨气泄露；

若不小于上一时长平均值，则判定氨气泄露。

进一步地，所述SCR化学反应模型包括：SCR温度场模型、NH₃吸附脱附反应模型、NH₃氧化模型及NO_x化学反应模型。

本发明提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，在诊断使能条件满足的前提下，在一段时间内的持续尿素喷射，对比SCR化学反应模型计算得到的SCR下游NO_x值的累积值与下游NO_x传感器测量值的累积值。在满足判定条件的前提下，以化学反应模型计算的NOx值为基准，排出了其它影响尿素溶液浓度的因素。若SCR下游NOx传感器测量值累积量远大于化学反应模型计算得到的NOx值累积量，则说明使用的尿素溶液浓度远低于标准值，从而导致排放结果偏高(即SCR下游NOx传感器测量值偏大)，系统会报出尿素溶液浓度过低故障。本发明实施例提供的这种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法能够准确判断出尿素溶液浓度是否过低，起到OBD故障诊断的作用，且通过判断尿素溶液的浓度是否满足要求，替代传统的尿素品质传感器，可以极大地降低系统成本，提高产品竞争力。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法的流程图。

图2为本发明提供的氨泄露判断方法流程图。

图3为本发明提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法的具体实施过程流程图。

图4为本发明提供的SCR化学反应模型示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，图1是根据本发明实施例提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法的流程图，如图1所示，包括：

S110、检测使能条件是否满足，其中所述使能条件包括SCR系统工作正常的判断条件；

S120、当所述使能条件满足时，对SCR系统的上游和下游NO_x传感器测量值进行积分运算，同时对SCR化学反应模型计算的NO_x值进行积分运算；

S130、根据所述SCR系统的上游NO_x传感器测量值进行积分运算的结果判断SCR上游NO_x质量流量的累计值是否超过预设阈值，且累计时间是否超过预设时间；

S140、若所述SCR上游NO_x质量流量的累计值超过第一预设阈值，且累计时间超过预设时间，则计算SCR上游NO_x传感器质量流量累积值与SCR化学反应模型计算的质量流量累积值之间的差值；

S150、根据所述差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常。

本发明实施例提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，在诊断使能条件满足的前提下，在一段时间内的持续尿素喷射，对比SCR化学反应模型计算得到的SCR下游NO_x值的累积值与下游NO_x传感器测量值的累积值。在满足判定条件的前提下，以化学反应模型计算的NOx值为基准，排出了其它影响尿素溶液浓度的因素。若SCR下游NOx传感器测量值累积量远大于化学反应模型计算得到的NOx值累积量，则说明使用的尿素溶液浓度远低于标准值，从而导致排放结果偏高(即SCR下游NOx传感器测量值偏大)，系统会报出尿素溶液浓度过低故障。本发明实施例提供的这种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法能够准确判断出尿素溶液浓度是否过低，起到OBD故障诊断的作用，且通过判断尿素溶液的浓度是否满足要求，替代传统的尿素品质传感器，可以极大地降低系统成本，提高产品竞争力。

需要说明的是，所述SCR系统工作正常的判断条件包括：

判断传感器信号和执行器是否正常；

判断SCR系统是否有氨气泄露情况出现。

具体地，所述判断传感器信号和执行器是否正常，包括：

判断发送机转速、扭矩、排气流量、上下游NO_x传感器信号、SCR排气温度传感器信号、环境温度信号、无尿素泵故障和无喷嘴故障是否正常。

具体地，判断SCR系统是否有氨气泄露情况出现，包括：

判断发送机工作状态是否处于稳定状态；

若发动机工作状态处于稳定状态，则判断SCR系统下游NO_x浓度平均值是否大于目标设定值；

若大于目标设定值，则控制尿素喷射量增大，且判断SCR系统下游NO_x浓度平均值是否小于上一时长平均值；

若小于上一时长平均值，则判定无氨气泄露；

若不小于上一时长平均值，则判定氨气泄露。

应当理解的是，若出现氨泄漏，则会导致SCR下游NO_x传感器测量不准确，因此无法准确进行尿素溶液浓度的故障判断。

如图2所示，对于氨气是否泄露，根据SCR上下游NO_x传感器测量的NO_x浓度值进行判断：

首先判断发动机工作状态是否处于稳定状态。计算SCR上游NO_x浓度平均值，判断设定时间内SCR上游NO_x浓度平均值偏差是否小于设定值。若小于设定值，那么说明发动机工作状态处于稳定状态，则进行下一步判断；若条件不满足，则需要等到发动机状态满足后才能够进行下一步判断。

其次，判断SCR下游NO_x浓度平均值是否大于目标设定值。若大于目标设定值，则进行下一步判断；若小于或等于目标设定值，则需要等待条件满足，再进行下一步判断。

然后，因为SCR下游NO_x浓度值大于目标设定值，闭环控制策略会使尿素喷射量持续增大，检测SCR下游NO_x浓度平均值是否小于上一时长的平均值，若满足条件，则说明SCR系统未出现氨泄漏现象，SCR下游NO_x传感器测量的均为NO_x污染物；若条件不满足，说明SCR系统已经出现了氨泄漏现象，此时SCR下游NO_x传感器测量的为NO_x和NH₃两种气态污染物，导致测量值呈现增大趋势。

具体地，所述根据所述差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常，包括：

若所述差值大于预设差值，则判定所述SCR系统尿素溶液浓度低于标准值，并发出故障报警信号。

下面结合图3对本发明实施例提供的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法进行详细描述。

第一步，检测诊断条件是否满足。条件1：判断涉及本发明的逻辑计算相关的传感器信号和执行器是否正常，包括：发动机转速、扭矩、排气流量等CAN信号，上下游NO_x传感器信号、SCR排气温度传感器信号、环境温度信号、无尿素泵故障、无喷嘴故障。条件2：判断SCR系统是否有氨泄漏情况出现，若出现氨泄漏，则会导致SCR下游NO_x传感器测量不准确，因此无法准确进行尿素溶液浓度的故障判断。

第二步，对SCR上游和下游NO_x传感器测量值进行积分运算，同时对SCR化学反应模型计算的NO_x值进行积分运算。

第三步，判断SCR上游NO_x质量流量累积值是否超过设定值，并且累积时间是否大于设定时间。此步骤的目的是在进行故障判断前需要进行一定时间和一定量的积累，以保证尿素溶液浓度诊断的准确性。

第四步，若第三步条件满足，计算SCR下游NO_x传感器质量流量累积值和SCR化学反应模型计算的NO_x质量流量累积值的差值。差值＝SCR下游NO_x传感器质量流量累积值-SCR化学反应模型计算的NO_x质量流量累积值。

第五步，判断是否存在故障。若差值大于设定值，说明SCR下游NO_x传感器测量值偏离标准值较大，因判断条件满足，排出其它可能引起SCR下游NO_x传感器测量值异常偏差的可能性，判断尿素水溶液的浓度大大低于标准值，报尿素水溶液浓度低故障。

具体地，所述SCR化学反应模型包括：SCR温度场模型、NH₃吸附脱附反应模型、NH₃氧化模型及NO_x化学反应模型。

通过SCR化学反应模型能够准确计算出SCR出口处的NO_x质量流量、NH₃逃逸量及氨存储值。具体逻辑如图4所示。

SCR载体温度场模型的主要思路是将整个催化剂均分成N个小份，以每份催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一份催化剂的上游温度，并基于能量守恒定律，计算每份催化剂上的温度。

NH₃的吸附脱附模型根据NH₃吸附脱附方程搭建模型计算得出。

氨气的吸附方程为：

NH₃+Z→ZNH₃，

氨气的脱附方程为：

ZNH₃→NH₃+Z，

其中，NH₃和ZNH₃分别表示气态氨气和吸附态氨气，Z表示催化剂的活性粒子。

NH₃的氧化反应模型根据NH₃的氧化反应方程搭建模型得出：

NH₃氧化方程为：

4ZNH₃+3O₂→2N₂+6H₂O+4Z，

NO_x化学反应模型主要根据NO_x化学反应方程搭建模型得出，具体化学反应如下：

标准SCR反应：4ZNH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O+4Z，

快速SCR反应：4ZNH₃+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O+4Z，

慢速SCR反应：8ZNH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O+8Z。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，其特征在于，包括：

检测使能条件是否满足，其中所述使能条件包括SCR系统工作正常的判断条件；

当所述使能条件满足时，对SCR系统的上游和下游NO_x传感器测量值进行积分运算，同时对SCR化学反应模型计算的NO_x值进行积分运算；

根据所述SCR系统的上游NO_x传感器测量值进行积分运算的结果判断SCR上游NO_x质量流量的累计值是否超过预设阈值，且累计时间是否超过预设时间；

若所述SCR上游NO_x质量流量的累计值超过第一预设阈值，且累计时间超过预设时间，则计算SCR下游NO_x传感器质量流量累积值与SCR化学反应模型计算的质量流量累积值之间的差值；

根据所述差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常；

所述SCR化学反应模型包括：SCR温度场模型、NH₃吸附脱附反应模型、NH₃氧化模型及NO_x化学反应模型；

所述根据所述差值是否超过预设差值判断SCR系统尿素溶液浓度是否存在异常，包括：

若所述差值大于预设差值，则判定所述SCR系统尿素溶液浓度低于标准值，并发出故障报警信号。

2.根据权利要求1所述的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，其特征在于，所述SCR系统工作正常的判断条件包括：

判断传感器信号和执行器是否正常；

判断SCR系统是否有氨气泄露情况出现。

3.根据权利要求2所述的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，其特征在于，所述判断传感器信号和执行器是否正常，包括：

判断发动机转速、扭矩、排气流量、上下游NO_x传感器信号、SCR排气温度传感器信号、环境温度信号、无尿素泵故障和无喷嘴故障是否正常。

4.根据权利要求2所述的SCR系统尿素溶液浓度异常的诊断方法，其特征在于，所述判断SCR系统是否有氨气泄露情况出现，包括：

判断发送机工作状态是否处于稳定状态；

若发动机工作状态处于稳定状态，则判断SCR系统下游NO_x浓度平均值是否大于目标设定值；

若大于目标设定值，则控制尿素喷射量增大，且判断SCR系统下游NO_x浓度平均值是否小于上一时长平均值；

若小于上一时长平均值，则判定无氨气泄露；

若不小于上一时长平均值，则判定氨气泄露。

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