CN112682145A - SCR转化NOx效率监控方法、装置及车辆 - Google Patents

SCR转化NOx效率监控方法、装置及车辆 Download PDF

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黄鹏
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张娟
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Abstract

本发明涉及一种SCR转化NOx效率监控方法方法、装置及车辆，该方法包括：当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；当SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于第一积分值和第二积分值，计算SCR的第一转化效率；基于EWMA算法，根据第一转化效率和SCR预设次数的历史第一转化效率，得到SCR的第二转化效率；判断SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。上述方法将EWMA方法引入到SCR转化效率的监控，提高监控策略鲁棒性，根据当前循环计算的效率值确定EWMA的权值因子，提高监控策略适应性。

Description

SCR转化NOx效率监控方法、装置及车辆
技术领域
本发明涉及汽车废气处理技术领域，特别是涉及SCR转化NOx效率监控方法、装置及车辆。
背景技术
为了提高减少环境污染，用于柴油车尾气中NOx污染物处理的选择性催化还原转化器(Selective Catalytic Reduction，以下简称SCR)被广泛使用，其中SCR作为选择性催化还原系统，在催化剂的作用下，使尿素中的还原剂NH3与尾气中的NOx(如NO和NO2)发生化学反应，还原成N2和水。
在实际应为了保持SCR系统转化NOx的能力需要对SCR系统的转化效率进行实时监控，当转化效率低于一定限值时需要提示客户进行修理或更换。然而，SCR转化效率受SCR上游温度或上游NOx浓度影响比较大，SCR上游温度或NOx浓度的波动容易造成故障误报错。
因此，有必要解决由于温度波动或上游NOx浓度波动导致的故障误报错的问题。
发明内容
基于此，有必要针对SCR转化效率受SCR上游温度或上游NOx浓度影响比较大，SCR上游温度或NOx浓度的波动容易造成故障误报错的问题，提供一种SCR转化NOx效率监控方法、装置及车辆。
一种SCR转化NOx效率监控方法，所述监控方法包括：
当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；
当所述SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于所述第一积分值和所述第二积分值，计算所述SCR的第一转化效率；
基于EWMA算法，根据所述第一转化效率和所述SCR预设次数的历史第一转化效率，得到所述SCR的第二转化效率；
判断所述SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。
在其中一个实施例中，所述监控使能条件包括：SCR上下游NOx传感器采集值有效、设定的SCR上游温度范围、SCR下游NOx浓度范围和废气量范围。
在其中一个实施例中，设定的SCR上游温度范围为220-280℃；设定的SCR下游NOx浓度范围为50-1500ppm；设定的废气量范围为350-1600Kg/h。
在其中一个实施例中，所述对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值，包括：
分别监测所述SCR上游的NOx的浓度和所述SCR下游的NOx的浓度；
根据所述SCR上游的NOx的浓度求得所述SCR上游NOx质量流量，根据所述SCR下游的NOx的浓度求得所述SCR下游NOx质量流量；
分别对SCR上游NOx质量流量和SCR下游NOx质量流量进行积分，得到所述第一积分值和所述第二积分值。
在其中一个实施例中，所述基于EWMA算法，根据所述第一转化效率和所述SCR预设次数的历史转化效率，得到所述SCR的转化效率，包括将所述第一转化效率和采用本次SCR转化NOx效率计算的上一次SCR转化NOx的第二转化效率代入转化效率计算公式，得到所述SCR的转化效率，所述转化效率计算公式为：
Figure BDA0002865615640000021
式中，β为权值因子，
Figure BDA0002865615640000022
是第n-1次的第二转化效率，ηn是第n次的第一转化效率。
在其中一个实施例中，所述β的取值为：
Figure BDA0002865615640000023
其中，ηn为所述SCR的转化NOx效率第n次监控的所述第一转化效率。
在其中一个实施例中，所述积分完成条件为所述SCR上游NOx质量流量的积分值超过NOx设定累积量。
在其中一个实施例中，所述进行SCR故障报警，包括：
基于预先设置的第二转化效率与报警类别信息之间的对应关系，确定所述第二转化效率对应的报警类别信息；
基于所确定的报警类别信息，向至少一个终端发送报警信息，所述报警信息包括所述报警类别信息和所述第二转化效率。
一种SCR转化NOx效率监控装置，所述监控装置包括：
使能判断单元，用于当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；
第一计算单元，用于当所述SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于所述第一积分值和所述第二积分值，计算所述SCR的第一转化效率；
第二计算单元，用于基于EWMA算法，根据所述第一转化效率和所述SCR预设次数的历史第一转化效率，得到所述SCR的第二转化效率；
故障判断单元，用于判断所述SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。
一种车辆，包括SCR转化NOx效率监控装置，所述SCR转化NOx效率监控装置为权利要求X至9中任一项所述的SCR转化NOx效率监控装置。
上述SCR转化NOx效率监控方法、装置及车辆，采用EWMA算法计算SCR的转化效率，可以有效避免由于温度波动或上游NOx浓度波动导致的故障误报错，同时利用当前最新计算的SCR转化效率计算EWMA的权值因子，当效率突然大幅降低时尽快报出故障(使用劣质高硫燃油会导致SCR转化效率显著降低)。
附图说明
图1为一个实施例中SCR转化NOx效率监控方法的流程图；
图2为另一个实施例中SCR转化NOx效率监控方法的流程图；
图3为一个实施例中SCR转化NOx效率监控装置的结构框图。
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。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一积分值称为第二积分值。
为了便于理解本申请实施例的技术过程，下面对本申请实施例所涉及的一些名词进行解释：
SCR：即选择性催化还原，一种通过向排气管中喷射尿素来降低排气中NOx含量的措施；
EWMA(Exponentially Weighted Moving-Average)指数加权移动平均值算法。每个EWMA点都结合了来自之前所有子组或观测值的信息得到，计算每个子组中所有观测值的平均值。然后根据这些平均值得出指数加权移动平均值。可以有效避免单次计算值的偏差导致样本整体的偏差。
如图1和2所示，在一个实施例中，提出了一种SCR转化NOx效率监控方法，监控方法包括：
步骤101、当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；
发动机运行时，在满足监控条件的情况下，监控策略会通过对SCR箱上游NOx值、下游NOx值进行积分，实时进行一段时间内NOx实际转化效率和限值转化效率的计算，一旦前者小于后者，将视为NOx排放超限，从而点亮故障报警灯，直至发动机限扭。
可以理解的是，在SCR效率监控放行条件满足的情况下，根据SCR上下游NOx采集值来计算SCR的转化效率，其中，监控使能条件包括：SCR上下游NOx传感器采集值有效、设定的SCR上游温度范围、SCR下游NOx浓度范围和废气量范围。进一步地，达到预定温度才喷尿素，设定的SCR上游温度范围为220-280℃；设定的SCR下游NOx浓度范围为50-1500ppm；设定的废气量(进入SCR的废气流量)范围为350-1600Kg/h。
在一些实施例中，上述步骤101中对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值，可以包括：
101a、分别监测SCR上游的NOx的浓度和SCR下游的NOx的浓度；
101b、根据SCR上游的NOx的浓度求得SCR上游NOx质量流量，根据SCR下游的NOx的浓度求得SCR下游NOx质量流量；
101c、分别对SCR上游NOx质量流量和SCR下游NOx质量流量进行积分，得到第一积分值和第二积分值。
步骤102、当SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于第一积分值和第二积分值，计算SCR的第一转化效率；
其中，积分完成条件为SCR上游NOx质量流量的积分值超过NOx设定累积量。
可以理解的是，始积分SCR上游NOx质量流量(积分值为m1)及SCR下游NOx质量流量(积分值为m2)。当SCR上游NOx质量流量积分值达到限值m时(如15g)，开始计算SCR转化效率ηn。
ηn＝(m1-m2)/m1
当计算的SCR的转化效率ηn低于限值(如0.7)，报出SCR转化效率低故障。
步骤103、基于EWMA算法，根据第一转化效率和SCR预设次数的历史第一转化效率，得到SCR的第二转化效率；
其中，引入EWMA的方法，对每次效率计算值都做处理，将处理之后的值用在效率监控中。
在一些实施例中，上述步骤103可以包括：将第一转化效率和采用本次SCR转化NOx效率计算的上一次SCR转化NOx的第二转化效率代入转化效率计算公式，得到SCR的转化效率，转化效率计算公式为：
Figure BDA0002865615640000061
式中，β为权值因子(0<β≤1)，表示历史计算值进入EWMA统计量的速率，
Figure BDA0002865615640000062
是第n-1次的计算值(第n-1次EWMA算法计算的效率计算值)，ηn是第n次的观测值(当前最新计算的效率计算值)。
具体而言，统计量初值为
Figure BDA0002865615640000063
(上一驾驶循环最后一次EWMA算法计算的效率计算值，该值需要存E方)，分别计算各次监控结果的计算值。
Figure BDA0002865615640000064
Figure BDA0002865615640000065
Figure BDA0002865615640000066
迭代可得，
Figure BDA0002865615640000067
由上式可知，β值越大则当前观测值的权重越大，历史数据对当前计算值的权重越小，β值越小则正好相反。为了降低SCR的误报率且保证SCR裂化件能够报出故障，
根据老化件及裂化件试验结果将权值因子β设置如下，β的取值为：
Figure BDA0002865615640000068
其中，ηn为SCR的转化NOx效率第n次监控的第一转化效率。
步骤104、判断SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。
在一些实施例中，上述步骤104中，进行SCR故障报警，可以包括：
基于预先设置的第二转化效率与报警类别信息之间的对应关系，确定第二转化效率对应的报警类别信息；
基于所确定的报警类别信息，向至少一个终端发送报警信息，报警信息包括报警类别信息和第二转化效率。
具体地，SCR判断为初级故障或严重故障，可以通过显示器显示具体转化效率。初级故障和严重故障通过不同报警方式。具体的，初级故障和严重故障一者为声音报警，另一者为灯光报警。当然也可以均通过声音报警，严重故障时报警声音大于初级故障时的报警声音。也可以均为灯光报警，具体的，初级故障黄色光报警，严重故障采用红色光报警。
SCR系统的劣化是一个缓慢的过程(使用高浓度劣质高硫燃油除外)，可以根据这一特性来优化监控策略。本申请利用EWMA算法计算SCR的转化效率，可以有效避免由于温度波动或上游NOx浓度波动导致的故障误报错，同时利用当前最新计算的SCR转化效率来计算EWMA的权值因子，当效率突然大幅降低时尽快报出故障(使用劣质高硫燃油会导致SCR转化效率显著降低)。
如图3所示，作为对上述各图所示方法的实现，本申请提供了一种SCR转化NOx效率监控装置的一个实施例，该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应。
本实施例中SCR转化NOx效率监控装置，可以包括：
使能判断单元311，用于当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；
第一计算单元312，用于当SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于第一积分值和第二积分值，计算SCR的第一转化效率；
第二计算单元313，用于基于EWMA算法，根据第一转化效率和SCR预设次数的历史第一转化效率，得到SCR的第二转化效率；
故障判断单元314，用于判断SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。
本申请提供了一种车辆，包括SCR转化NOx效率监控装置，其特征在于，SCR转化NOx效率监控装置为上述实施例中的SCR转化NOx效率监控装置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机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，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述监控方法包括：
当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；
当所述SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于所述第一积分值和所述第二积分值，计算所述SCR的第一转化效率；
基于EWMA算法，根据所述第一转化效率和所述SCR预设次数的历史第一转化效率，得到所述SCR的第二转化效率；
判断所述SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。
2.根据权利要求1所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述监控使能条件包括：SCR上下游NOx传感器采集值有效、设定的SCR上游温度范围、SCR下游NOx浓度范围和废气量范围。
3.根据权利要求2所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，设定的SCR上游温度范围为220-280℃；设定的SCR下游NOx浓度范围为50-1500ppm；设定的废气量范围为350-1600Kg/h。
4.根据权利要求1所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值，包括：
分别监测所述SCR上游的NOx的浓度和所述SCR下游的NOx的浓度；
根据所述SCR上游的NOx的浓度求得所述SCR上游NOx质量流量，根据所述SCR下游的NOx的浓度求得所述SCR下游NOx质量流量；
分别对SCR上游NOx质量流量和SCR下游NOx质量流量进行积分，得到所述第一积分值和所述第二积分值。
5.根据要求1所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述基于EWMA算法，根据所述第一转化效率和所述SCR预设次数的历史转化效率，得到所述SCR的转化效率，包括将所述第一转化效率和采用本次SCR转化NOx效率计算的上一次SCR转化NOx的第二转化效率代入转化效率计算公式，得到所述SCR的转化效率，所述转化效率计算公式为：
Figure FDA0002865615630000021
式中，β为权值因子，
Figure FDA0002865615630000023
是第n-1次的第二转化效率，ηn是第n次的第一转化效率。
6.根据权利要求5所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述β的取值为：
Figure FDA0002865615630000022
其中，ηn为所述SCR的转化NOx效率第n次监控的所述第一转化效率。
7.根据权利要求1所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述积分完成条件为所述SCR上游NOx质量流量的积分值超过NOx设定累积量。
8.根据权利要求1所述的SCR转化NOx效率监控方法，其特征在于，所述进行SCR故障报警，包括：
基于预先设置的第二转化效率与报警类别信息之间的对应关系，确定所述第二转化效率对应的报警类别信息；
基于所确定的报警类别信息，向至少一个终端发送报警信息，所述报警信息包括所述报警类别信息和所述第二转化效率。
9.一种SCR转化NOx效率监控装置，其特征在于，所述监控装置包括：
使能判断单元，用于当SCR满足监控使能条件时，对SCR上游的NOx的质量流量进行积分得到第一积分值，对SCR下游的NOx的质量流量进行积分得到第二积分值；
第一计算单元，用于当所述SCR上游的NOx的质量流量的积分值满足积分完成条件，则基于所述第一积分值和所述第二积分值，计算所述SCR的第一转化效率；
第二计算单元，用于基于EWMA算法，根据所述第一转化效率和所述SCR预设次数的历史第一转化效率，得到所述SCR的第二转化效率；
故障判断单元，用于判断所述SCR的第二转化效率是否小于预设转化效率阈值时，如果小于，则进行SCR故障报警。
10.一种车辆，包括SCR转化NOx效率监控装置，其特征在于，所述SCR转化NOx效率监控装置为权利要求9中所述的SCR转化NOx效率监控装置。
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