CN112664302B - 一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法 - Google Patents

一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，涉及柴油机领域，本方法通过判断是否进行了燃油加注，并通过比较第n次燃油加注与第n‑1次燃油加注后在不同工况区间的SCR转化效率，来判断第n次燃油加注是否引入了高硫燃油，若SCR效率偏差ΔS大于预设定SCR效率偏差限值ΔSmax，则确定中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0。可见，本发明能够及时监控到催化剂中毒，以便及时进行处理。

Description

一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法。
背景技术
国五排放标准或国六排放标准的柴油机对油品具有较高的要求，而国内市场油品的硫含量大小不一，部分用户在实际使用过程中，为了节约成本仍使用国三排放标准、国四排放标准甚至硫含量特别高的劣质燃油。柴油机使用高硫燃油会导致尾气中产生大量的硫化物，对后处理系统造成严重污染，尤其是对柴油机后处理系统的SCR(选择催化还原器)造成污染，使其催化剂中毒，中毒后SCR对尾气氮氧化物的转化效率会降低，导致排放超标，长时间中毒后会导致不可逆失效，市场上由于中毒导致的后处理失效故障频发，对客户及企业均带来一定损失。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，可及时进行中毒故障的诊断、报警，提醒用户进行及时处理。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，包括以下步骤：
S1、获取燃油加注标志位Flag1的值；
S2、判断燃油加注标志位Flag1的值是否为1；
S3、如果是，则计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn；
S4、计算SCR效率偏差ΔS，ΔS＝Sn-Sn-1；
S5、判断SCR效率偏差ΔS是否大于预设定SCR效率偏差限值ΔSmax；
S6、如果是，确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0。
优选方式为，在所述S6步骤之后，还包括以下步骤：
S7、判断中毒标志位Flag2的值是否为1；
S8、如果是，生成对应的再生请求控制信号；
S8、获取实时车速Vs和实时废气质量流量Gs；
S10、判断实时车速Vs是否大于预设定车速最小值Vmin,判断废气质量流量Gs是否大于预设定废气质量流量最小值Gmin；
S11、如果均大于，执行再生请求控制信号；
S12、再生完成后，计算当前发动机工况下的SCR转化效率；
S13、判断SCR转化效率是否大于对应发动机工况的预设定SCR转化效率；
S14、如果大于，给中毒标志位Flag2赋值2，并生成对应的报警信号；
S15、根据报警信号，控制仪表的报警灯报警，和/或控制仪表显示报警文字。
优选方式为，所述发动机的工况区间包括SCR上游温度T1的区间；
所述监控方法，还包括预设定步骤，具体包括：预设定SCR上游边界温度Tus，高温度区间的SCR效率偏差限值ΔSmax1及低温度区间的SCR效率偏差限值ΔSmax2，且设定SCR效率偏差限值ΔSmax1小于SCR效率偏差限值ΔSmax2；
则，所述S4包括：
S40、计算SCR上游温度T1大于SCR上游边界温度Tus时，SCR效率偏差ΔS1；
计算SCR上游温度T1大于220℃且小于SCR上游边界温度Tus时，SCR效率偏差ΔS2；
S41、判断SCR效率偏差ΔS1是否大于SCR效率偏差限值ΔSmax1；
判断SCR效率偏差ΔS2是否大于SCR效率偏差限值ΔSmax2；
所述S6为：如果均大于，则确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0。
优选方式为，所述SCR上游边界温度Tus根据发动机类型及催化剂性能设定。
优选方式为，所述发动机的工况区间还包括废气质量流量G的区间；
SCR上游温度T1的区间和/或废气质量流量G的区间，根据发动机的功率大小及用途设定。
优选方式为，在所述S1之前，还包括以下步骤：
获取运行至第m公里时的第一燃油液位值L1，获取运行至第m+1公里时的第二燃油液位值L2；
判断所述第一燃油液位值L1是否小于第二燃油液位值L2；
如果是，确定燃油加注，给燃油加注标志位Flag1赋值1。
优选方式为，所述S3，包括以下步骤：
获取燃油消耗实时值ms；
判断燃油消耗实时值ms是否为燃油消耗设定值m1；
如果是，则在燃油消耗设定值m1至燃油消耗值m2之间，计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn。
优选方式为，所述燃油消耗设定值m1根据SCR催化器的体积大小设置。
优选方式为，所述S3中，计算发动机不同工况区间的SCR转化效率之前，还包括以下步骤：
获取SCR上游温度变化率ΔT；
判断SCR上游温度变化率ΔT是否小于预设定变量率最大值ΔTmax；
如果是，则再计算发动机不同工况区间的SCR转化效率。
优选方式为，在所述S3之前，还包括以下步骤：
获取车辆故障监控单元的氨泄漏监测结果；
判断氨泄漏监测结果是否为氨泄漏故障；
如果否，再计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，通过判断是否进行了燃油加注，并通过比较第n次燃油加注与第n-1次燃油加注后在不同工况区间的SCR转化效率，来判断第n次燃油加注是否引入了高硫燃油，若SCR效率偏差ΔS大于预设定SCR效率偏差限值ΔSmax，则确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0，使系统能够及时监控到催化剂中毒，进行及时处理。
确认中毒后，触发行车再生，即执行“尝试解毒操作”，再生完成后，进行SCR转化效率检测，若SCR转化效率恢复，则认为SCR催化器发生了中毒。试验发现，柴油机使用高硫燃油后，SCR转化效率会较快劣化，不同工况区间(比如不同SCR上游温度、废气质量流量区间)均有不同程度的劣化，尤其在低排温区间，短期的平均劣化率可达到30％左右；通过不同工况区间的SCR效率偏差，及行车再生后SCR转化效率恢复情况，来综合进行催化剂中毒诊断。
若检测到中毒，则进行报警，点亮车辆仪表故障指示灯，并进行仪表文字提示，以提醒司机进行及时处理，避免造成车辆SCR系统更严重污染甚至不可逆的失效。
综上，本发明具有以下优点：
1)在目前实际应用的后处理系统中即可实现中毒故障监控，无须外加硬件；
2)监控策略考虑了硫等污染物的来源问题，即两次燃油加注后对SCR转化效率的影响，且对高、低温工况区间设置了不同的SCR转化效率偏差标定限值，监控有效、准确；
3)在确定SCR效率劣化后，执行“尝试解毒”操作，提高了诊断准确性；
3)标定简单，容易实现。
附图说明
图1是本发明柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法的流程示意图；
图2是实施例中所涉及的监控系统的原理框图；
图3是实施例中监控方法的流程示意图；
图中：1-温度传感器，2-上游NOx传感器，3-下游NOx传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，基于柴油机后处理系统催化剂中毒的监控系统，该监控系统如2所示，包括主控单元和SCR催化器，及分别与主控单元电连接的温度传感器1、上游NOx传感器2和下游NOx传感器3，温度传感器1用于采集SCR催化器上游温度，上游NOx传感器2用于测量SCR催化器上游的NOx值，下游NOx传感器3用于测量SCR催化器下游的NOx值，用于计算SCR转化效率。
本发明的监控方法，包括以下步骤：
S1、获取燃油加注标志位Flag1的值；
S2、判断燃油加注标志位Flag1的值是否为1；
S3、如果是，则计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn；其中，SCR转化效率为SCR转化效率平均值，使数值更加准确；
S4、计算SCR效率偏差ΔS，ΔS＝Sn-Sn-1；
S5、判断SCR效率偏差ΔS是否大于预设定SCR效率偏差限值ΔSmax；
S6、如果是，确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0。
本发明的监控方法，基于是否进行了燃油加注，以及两次燃油加注后的SCR转化效率偏差，若偏差较大，则进行行车再生，检测再生后的SCR效率恢复情况，来综合监控SCR系统是否发生中毒。另外，若检测到中毒，则进行OBD报警，点亮车辆仪表故障指示灯，并进行仪表文字提示，以提醒司机进行及时处理，避免造成车辆SCR系统更严重污染甚至不可逆的失效。
如图3所示，在S6步骤之后，还包括以下步骤：
S7、判断中毒标志位Flag2的值是否为1；
S8、如果是，生成对应的再生请求控制信号；
S8、获取实时车速Vs和实时废气质量流量Gs；
S10、判断实时车速Vs是否大于预设定车速最小值Vmin,判断废气质量流量Gs是否大于预设定废气质量流量最小值Gmin；车速最小值Vmin可设定为30km/h，废气质量流量最小值Gmin可设定为100kg/h；
S11、如果均大于，执行再生请求控制信号；
S12、再生完成后，计算当前发动机工况下的SCR转化效率；
S13、判断SCR转化效率是否大于对应发动机工况的预设定SCR转化效率；
S14、如果大于，给中毒标志位Flag2赋值2，并生成对应的报警信号；
S15、根据报警信号，控制仪表的报警灯报警，和/或控制仪表显示报警文字。
通过上述方法，进一步确认了是否是催化剂中毒导致的SCR转化效率劣化。在给中毒标志位Flag2赋值1后，主控单元执行再生请求，在满足一定的条件后，触发低温行车再生，即进行尝试解毒操作。其中，再生条件的设定主要是为了保证DOC有足够的热量起燃，完成行车再生功能。行车再生通过发动机燃油的缸内后喷或安装在排气管上的专用喷油器向排气管内喷射燃油来实现，行车再生温度控制应保证SCR上游温度在400±10℃范围内，行车再生时间为t(可设定为10min)。
行车再生后进行SCR效率计算，若SCR效率恢复至较高值(可设定不同温度区间的SCR效率限值)，则认为发生了催化剂中毒,给中毒标志位Flag2赋值2，并通过仪表的OBD报警灯及仪表文字提示进行报警，提醒司机及时处理。
SCR转化效率的计算公式为：
Figure BDA0002856913900000061
其中，NOxup为上游NOx传感器测量值，NOxdw为下游NOx传感器测量值。
本发明中发动机的工况区间包括SCR上游温度T1的区间；监控方法，还包括预设定步骤，具体包括：预设定SCR上游边界温度Tus，高温度区间的SCR效率偏差限值ΔSmax1及低温度区间的SCR效率偏差限值ΔSmax2，且设定SCR效率偏差限值ΔSmax1小于SCR效率偏差限值ΔSmax2；其中SCR上游边界温度Tus根据发动机类型及催化剂性能设定；本例中SCR上游边界温度Tus可为300℃，SCR上游边界温度Tus可根据不同发动机类型及催化剂特性来设定。则，高温度区间为：T1>300℃，低温度区间为：220℃<T1<300℃；
则，S4包括：
S40、计算SCR上游温度T1大于SCR上游边界温度Tus时，SCR效率偏差ΔS1；
计算SCR上游温度T1大于220℃且小于SCR上游边界温度Tus时，SCR效率偏差ΔS2；
S41、判断SCR效率偏差ΔS1是否大于SCR效率偏差限值ΔSmax1；
判断SCR效率偏差ΔS2是否大于SCR效率偏差限值ΔSmax2；
S6为：如果均大于(ΔS1>ΔSmax1,且ΔS2>ΔSmax2)，认为第n次燃油加注后的SCR转化效率比第n-1次燃油加注的SCR转化效率明显劣化，认为可能发生了催化剂中毒故障；则确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0。
本例中发动机的工况区间还包括废气质量流量G的区间；SCR上游温度T1的区间和/或废气质量流量G的区间，根据发动机的功率大小及用途设定。
通过设置不同温度的SCR效率偏差限值，可在不同工况下，准确判断SCR转化效率受中毒影响。
在S1之前，还包括以下步骤
获取运行至第m公里时的第一燃油液位值L1，获取运行至第m+1公里时的第二燃油液位值L2；
判断第一燃油液位值L1是否小于第二燃油液位值L2；
如果是，确定燃油加注，给燃油加注标志位Flag1赋值1。
可通过液位传感器采集燃油的液位变化，通过液位变化，来确认是否进行了燃油加注，方法简单，可靠。
S3，包括以下步骤：
获取燃油消耗实时值ms；
判断燃油消耗实时值ms是否为燃油消耗设定值m1；其中燃油消耗设定值m1根据SCR催化器的体积大小设置；
如果是，则在燃油消耗设定值m1至燃油消耗值m2之间，计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn。
通过累计燃油消耗，使用户使用高硫燃油时，让高硫燃油的硫化物有充分的释放。其中燃油消耗值m2的值，决定了SCR效率监控的时长。
为了排除其他影响SCR转化效率的因素，上述的SCR转化效率在满足如下条件时进行计算及存储：
1.上游NOx传感器测量值可信，该条件应包含传感器测量值NOxup在一定的合理范围内，如x1<NOxup<x2。
2.当下游NOx测量值NOxdw大于设定最大值时，其测量值随时间的变化率也应大于设定变化率。
3.由SCR催化器的氨存储特性可知，当温度突增时，会导致催化器中存储的氨大量逃逸，导致下游NOx传感器测量值增加，计算的效率Ef_act降低，影响中毒的诊断。故SCR转化效率计算时，SCR上游温度变化率ΔT应小于标定限值ΔTmax。
则S3中，计算发动机不同工况区间的SCR转化效率之前，还包括以下步骤：
获取SCR上游温度变化率ΔT；
判断SCR上游温度变化率ΔT是否小于预设定变量率最大值ΔTmax；
如果是，则再计算发动机不同工况区间的SCR转化效率。
4.若车辆OBD监控系统对氨泄漏有诊断及监控，则在报出氨泄漏故障时，不进行SCR转化效率计算及存储。
在S3之前，还包括以下步骤：
获取车辆故障监控单元的氨泄漏监测结果；
判断氨泄漏监测结果是否为氨泄漏故障；
如果否，再计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn。
5.无其他影响SCR转化效率的故障，包括车辆OBD监控系统未出现NOx传感器相关故障、尿素品质监控合格、尿素泵压力在设定范围内等。
6.SCR上游温度T1在一定范围内，如220<Tus<400。
本发明的监控方法，其主要优点如下：
1)在目前实际应用的后处理系统中即可实现中毒故障监控，无须外加硬件。
2)监控策略考虑了硫等污染物的来源问题，即两次燃油加注后对SCR转化效率的影响，且对高、低温工况区间设置了不同的SCR转化效率偏差标定限值。监控有效、准确。
3)在确定SCR效率劣化后，执行“尝试解毒”操作，提高了诊断准确性。
3)标定简单，容易实现。
以上所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取燃油加注标志位Flag1的值；
S2、判断燃油加注标志位Flag1的值是否为1；
S3、如果是，则计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn；
S4、计算SCR效率偏差ΔS，ΔS＝Sn-Sn-1，其中Sn-1为第n-1次燃油加注的SCR转化效率；
S5、判断SCR效率偏差ΔS是否大于预设定SCR效率偏差限值ΔSmax；
S6、如果是，确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0；
所述发动机的工况区间包括SCR上游温度T1的区间；
所述监控方法，还包括预设定步骤，具体包括：预设定SCR上游边界温度Tus，高温度区间的SCR效率偏差限值ΔSmax1及低温度区间的SCR效率偏差限值ΔSmax2，且设定SCR效率偏差限值ΔSmax1小于SCR效率偏差限值ΔSmax2；
则，所述S4包括：
S40、计算SCR上游温度T1大于SCR上游边界温度Tus时，SCR效率偏差ΔS1；
计算SCR上游温度T1大于220℃且小于SCR上游边界温度Tus时，SCR效率偏差ΔS2；
S41、判断SCR效率偏差ΔS1是否大于SCR效率偏差限值ΔSmax1；
判断SCR效率偏差ΔS2是否大于SCR效率偏差限值ΔSmax2；
所述S6为：如果均大于，则确认中毒，给中毒标志位Flag2赋值1；否则，给中毒标志位Flag2赋值0。
2.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，在所述S6步骤之后，还包括以下步骤：
S7、判断中毒标志位Flag2的值是否为1；
S8、如果是，生成对应的再生请求控制信号；
S9、获取实时车速Vs和实时废气质量流量Gs；
S10、判断实时车速Vs是否大于预设定车速最小值Vmin,判断废气质量流量Gs是否大于预设定废气质量流量最小值Gmin；
S11、如果均大于，执行再生请求控制信号；
S12、再生完成后，计算当前发动机工况下的SCR转化效率；
S13、判断SCR转化效率是否大于对应发动机工况的预设定SCR转化效率；
S14、如果大于，给中毒标志位Flag2赋值2，并生成对应的报警信号；
S15、根据报警信号，控制仪表的报警灯报警，和/或控制仪表显示报警文字。
3.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，所述SCR上游边界温度Tus根据发动机类型及催化剂性能设定。
4.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，所述发动机的工况区间还包括废气质量流量G的区间；
SCR上游温度T1的区间和/或废气质量流量G的区间，根据发动机的功率大小及用途设定。
5.根据权利要求1至4任一项所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，在所述S1之前，还包括以下步骤：
获取运行至第m公里时的第一燃油液位值L1，获取运行至第m+1公里时的第二燃油液位值L2；
判断所述第一燃油液位值L1是否小于第二燃油液位值L2；
如果是，确定燃油加注，给燃油加注标志位Flag1赋值1。
6.根据权利要求5所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，所述S3，包括以下步骤：
获取燃油消耗实时值ms；
判断燃油消耗实时值ms是否为燃油消耗设定值m1；
如果是，则在燃油消耗设定值m1至燃油消耗值m2之间，计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn。
7.根据权利要求6所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，所述燃油消耗设定值m1根据SCR催化器的体积大小设置。
8.根据权利要求1所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，所述S3中，计算发动机不同工况区间的SCR转化效率之前，还包括以下步骤：
获取SCR上游温度变化率ΔT；
判断SCR上游温度变化率ΔT是否小于预设定变量率最大值ΔTmax；
如果是，则再计算发动机不同工况区间的SCR转化效率。
9.根据权利要求5所述的柴油机后处理系统催化剂中毒的监控方法，其特征在于，在所述S3之前，还包括以下步骤：
获取车辆故障监控单元的氨泄漏监测结果；
判断氨泄漏监测结果是否为氨泄漏故障；
如果否，再计算发动机不同工况区间的SCR转化效率，存储第n次燃油加注的SCR转化效率为Sn。
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