CN113514169A - 一种scr系统下游温度传感器可信性故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发动机排放技术领域，公开了一种SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，包括：S1、根据SCR系统工况信息，标定诊断使能区域；S2、根据上游氮氧传感器和下游氮氧传感器，获取氮氧化合物实测流量，计算使能区域内、设定时间段的SCR平均效率；根据下游温度传感器，获取SCR下游温度实测值，计算使能区域内、设定时间段的SCR下游平均温度；S3、计算SCR下游温度理论阈值；S4、进行比较，如果SCR下游平均温度位于SCR下游温度理论阈值内，判定下游温度传感器正常；否则，判定下游温度传感器故障。本发明的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，诊断响应性快，降低误诊断风险，故障监控可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及发动机排放技术领域，尤其涉及一种SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法。
背景技术
柴油机由于具备较高的热效率、动力性、经济性和耐久性，而广泛应用于交通运输、工程机械、农业机械等领域，但是柴油机的尾气排放也对大气环境造成了较大的影响。柴油机的主要排放物包括氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)等。选择性催化还原(SCR)技术是应用于柴油机动车的尾气处理技术，主要用于处理机动车尾气中的氮氧化物。根据铜基SCR系统工作的物理特性，当尿素供给系统正常，SCR载体氨存储量充足时，SCR转化效率主要取决于载体的温度，载体温度大于280℃时，SCR平均转化效率可以达到95％以上。如果SCR下游温度传感器出现故障，需要及时进行故障处理，否则会影响SCR转化效率。但是由于SCR下游温度传感器温升响应比较慢，会影响故障实时诊断的响应性。同时基于对发动机喷油量、发动机扭矩等工况的时间累积，判定温升也会受到环境温度的影响，比如高寒环境和标准状态下，相同的时间内温升会有较大差异，存在误诊断的风险，
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，对SCR系统下游温度传感器的故障诊断响应性快，降低误诊断风险，故障监控可靠性高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据SCR系统的工况信息，标定下游温度传感器诊断的使能区域；
步骤S2、根据所述SCR系统的上游氮氧传感器和下游氮氧传感器，获取氮氧化合物实测流量，并计算在所述使能区域内、设定时间段的SCR平均效率；根据所述SCR系统的所述下游温度传感器，获取SCR下游温度实测值，并计算所述使能区域内、所述设定时间段的SCR下游平均温度；
步骤S3、根据所述SCR平均效率，计算SCR下游温度理论阈值；
步骤S4、比较所述SCR下游平均温度和所述SCR下游温度理论阈值，如果所述SCR下游平均温度位于所述SCR下游温度理论阈值内，则判定所述下游温度传感器正常；如果所述SCR下游平均温度超出所述SCR下游温度理论阈值，则判定所述下游温度传感器故障。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S2具体包括：
步骤S21、根据所述上游氮氧传感器，获取上游氮氧化合物浓度实测值；根据所述下游氮氧传感器，获取下游氮氧化合物浓度实测值；根据发动机排气系统，获取发动机排气流量；
步骤S22、根据所述上游氮氧化合物浓度实测值、所述下游氮氧化合物浓度实测值和所述发动机排气流量，计算上游氮氧化合物流量实测值和下游氮氧化合物流量实测值；
步骤S23、在所述设定时间段对所述上游氮氧化合物流量实测值进行积分计算，获取上游氮氧化合物实测累计排放量；在所述设定时间段对所述下游氮氧化合物流量实测值进行积分计算，获取下游氮氧化合物实测累计排放量；
步骤S24、根据所述上游氮氧化合物实测累计排放量和所述下游氮氧化合物实测累计排放量，计算所述SCR平均效率。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S2中，在所述设定时间段对所述SCR下游温度实测值进行积分计算得到所述SCR下游平均温度。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S24中，所述SCR平均效率的计算公式如下：
SCR平均效率＝1-下游氮氧化合物实测累计排放量/上游氮氧化合物实测累计排放量。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S3具体包括：
步骤S31、根据所述SCR平均效率，计算SCR下游温度理论上下限区间初始值；
步骤S32、对所述SCR下游温度理论上下限区间初始值进行修正，得到所述SCR下游温度理论阈值。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S32前还包括：
步骤S30、根据所述SCR系统的上游温度传感器，获取SCR上游温度实测值。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S32中，通过所述SCR上游温度实测值和所述发动机排气流量，修正所述SCR下游温度理论上下限区间初始值。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S2之前，还包括：
步骤S20、判定所述SCR系统是否进入所述使能区域，当进入使能区域时，进行所述步骤S2。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S4后还包括：
步骤S5、当判定所述下游温度传感器故障时，故障灯发出提示信号。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S1中，所述SCR系统的所述工况信息包括环境条件和/或发动机状态条件和/或执行器状态条件和/或传感器工作状态条件和/或上游氮氧化合物状态条件和/或SCR系统条件。
本发明的有益效果：本发明所提供的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，通过柴油机后处理系统的上游氮氧传感器和下游氮氧传感器对SCR下游温度传感器可信性故障进行监控，由上游氮氧传感器和下游氮氧传感器计算使能区域内、设定时间段的SCR平均效率，并据此获得SCR下游温度理论阈值，通过SCR下游温度理论阈值与使能区域内、设定时间段的SCR下游平均温度进行对比，从而判断下游温度传感器是否存在故障。诊断方法设定了使能区域和设定时间，提高下游温度传感器的温升响应性，并排除异常工况对于诊断结果的影响，降低误诊断风险，满足国六排放法规对SCR系统下游温度传感器的监控要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。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结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供一种SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，SCR系统作为发动机后处理系统的一部分，连通发动机的排气系统，包括上游氮氧传感器、下游氮氧传感器、上游温度传感器、下游温度传感器和SCR载体等。诊断方法具体包括如下步骤：
步骤S1、根据SCR系统的工况信息，设定下游温度传感器诊断的使能区域；
在本步骤S1中，首先基于SCR系统工作过程的主要影响因素，设定进行下游温度传感器诊断的使能区域；SCR系统的工况信息包括环境条件和/或发动机状态条件和/或执行器状态条件和/或传感器工作状态条件和/或上游氮氧化合物状态条件和/或SCR系统条件。其中，环境条件包括大气温度和压力等，发动机状态条件包括发动机运行时间、静态工况、动态工况、燃烧模式、冷却液温度等；执行器状态条件包括废气再循环(EGR)阀条件、节流阀状态、尿素喷嘴状态等，传感器工作状态包括SCR系统的上游氮氧传感器、下游氮氧传感器、上游温度传感器和下游温度传感器等，上游氮氧化合物状态条件包括上游NOx浓度、上游NOx流量、滤波后上游NOx流量等，SCR系统条件包括SCR载体温度、NH3存储量、SCR上游温度变化梯度、尿素喷射量、SCR系统工作模式等；上述的工况信息根据整车参数进行设定，本实施例在此不做限制。通过设定使能区域，保证SCR系统在正常的工况条件下进行下游温度传感器的故障诊断，避免诊断结果受到影响。优选地，当SCR系统的工况信息均满足以上设定条件要求时，对于下游温度传感器的诊断进入使能区域；也即，判定SCR系统是否进入使能区域，当进入使能区域时，跳转至步骤S2。
步骤S2、根据SCR系统的上游氮氧传感器和下游氮氧传感器，获取氮氧化合物实测流量，并计算在使能区域内、设定时间段的SCR平均效率；根据SCR系统的下游温度传感器，获取SCR下游温度实测值，并计算使能区域内、设定时间段的SCR下游平均温度；
通过本步骤S2，通过上游氮氧传感器和下游氮氧传感器，利用SCR系统的质量流量模块和积分模块，计算在设定的一段时间内、稳定工况下的SCR平均效率；并通过下游温度传感器，计算在同一段时间内、稳态工况点的SCR下游温度实测平均值。
步骤S3、根据SCR平均效率，计算SCR下游温度理论阈值；
在本步骤中，根据SCR平均效率计算SCR下游温度理论阈值，可由SCR系统的标准参数进行查询。
步骤S4、比较SCR下游平均温度和SCR下游温度理论阈值，如果SCR下游平均温度位于SCR下游温度理论阈值内，则判定下游温度传感器正常；如果SCR下游平均温度超出SCR下游温度理论阈值，则判定下游温度传感器故障；
通过本步骤S4，对SCR下游平均温度和SCR下游温度理论阈值进行比较，并获得下游温度传感器故障诊断结果。优选地，对SCR系统设定故障灯，当判定下游温度传感器故障时，故障灯发出提示信号；便于操作人员直观观测诊断结果。
本发明实施例的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，通过柴油机后处理系统的上游氮氧传感器和下游氮氧传感器对SCR下游温度传感器可信性故障进行监控，由上游氮氧传感器和下游氮氧传感器计算使能区域内、设定时间段的SCR平均效率，并据此获得SCR下游温度理论阈值，通过SCR下游温度理论阈值与使能区域内、设定时间段的SCR下游平均温度进行对比，从而判断下游温度传感器是否存在故障。诊断过程设定了使能区域和设定时间段，提高下游温度传感器的温升响应性，并排除异常工况对于诊断结果的影响，降低误诊断风险，满足排放法规对SCR系统下游温度传感器的监控要求。
进一步地，步骤S2具体包括：
步骤S21、根据上游氮氧传感器，获取上游氮氧化合物浓度实测值；根据下游氮氧传感器，获取下游氮氧化合物浓度实测值；根据发动机排气系统获取发动机排气流量；
步骤S22、根据上游氮氧化合物浓度实测值、下游氮氧化合物浓度实测值和发动机排气流量，计算上游氮氧化合物流量实测值和下游氮氧化合物流量实测值；
步骤S23、在设定时间段内对上游氮氧化合物流量实测值进行积分计算，获取上游氮氧化合物实测累计排放量；在设定时间段内对下游氮氧化合物流量实测值进行积分计算，获取下游氮氧化合物实测累计排放量；
在本步骤S23中，通过对上游氮氧化合物流量实测值和下游氮氧化合物流量实测值分别在一段的设定时间内进行积分计算，可以得到上游氮氧化合物实测累计排放量和下游氮氧化合物实测累计排放量，采用累积排放量进行诊断，更符合真实工况要求。
步骤S24、根据上游氮氧化合物实测累计排放量和下游氮氧化合物实测累计排放量，计算SCR平均效率；SCR平均效率的计算公式如下：
SCR平均效率＝1-下游氮氧化合物实测累计排放量/上游氮氧化合物实测累计排放量；通过本公式，可以准确计算SCR平均效率，因此SCR平均效率受下游温度传感器影响，可通过SCR平均效率计算SCR下游温度理论阈值，从而作为故障诊断的对比基础。
进一步地，步骤S2中，在设定时间段内对SCR下游温度实测值进行积分计算得到SCR下游平均温度。通过设定时间段内的积分计算，将SCR下游温度实测值转化为SCR下游平均温度，考虑了下游温度传感器的温升响应性，提升故障诊断结果的真实性。
进一步地，步骤S3具体包括：
步骤S31、根据SCR平均效率，计算SCR下游温度理论上下限区间初始值；
步骤S32、对SCR下游温度理论上下限区间初始值进行修正，得到SCR下游温度理论阈值；
在步骤S31、步骤S32中，需要根据SCR系统的上游温度传感器，获取SCR上游温度实测值，通过SCR上游温度实测值和发动机排气流量，修正SCR下游温度理论上下限区间初始值，减小计算精度误差，使SCR下游温度理论阈值更接近实际工况，提升故障诊断结果的真实性。
实施例二
本发明实施例提供一种应用远程T-BOX平台进行使能区域标定，并采用实施例一中的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法进行使能区域验证的方法。包括如下步骤：
1、利用远程T-BOX平台，采集整车在实际道路过程中SCR系统的上游氮氧传感器、下游氮氧传感器、上游温度传感器和下游温度传感器的测量值；
2、将上述采集到的大量数据，经过大数据清洗、处理，计算出SCR转化效率处于高效区域的SCR平均效率、SCR上游平均温度、SCR下游平均温度、SCR载体平均温度，最终确定修正后的SCR上游温度理论阈值和SCR下游温度理论阈值；
3、使用上述数值标定使能区域，将诊断区域控制在SCR高效稳定区域；
4、整车在实际道路上运行，模拟SCR下游温度传感器存在合理性故障状态，使用实施例一中的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，测试故障是否能正常播报，利用远程T-BOX平台跟踪SCR下游温度传感器正常状态时，故障是否会误报；若存在故障误报，则进行SCR下游温度理论阈值修正，然后再进行验证，直至消除误报，保证真实发生故障时，故障正常播报。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、根据SCR系统的工况信息，标定下游温度传感器诊断的使能区域；
步骤S2、根据所述SCR系统的上游氮氧传感器和下游氮氧传感器，获取氮氧化合物实测流量，并计算在所述使能区域内、设定时间段的SCR平均效率；根据所述SCR系统的所述下游温度传感器，获取SCR下游温度实测值，并计算所述使能区域内、所述设定时间段的SCR下游平均温度；
步骤S3、根据所述SCR平均效率，计算SCR下游温度理论阈值；
步骤S4、比较所述SCR下游平均温度和所述SCR下游温度理论阈值，如果所述SCR下游平均温度位于所述SCR下游温度理论阈值内，则判定所述下游温度传感器正常；如果所述SCR下游平均温度超出所述SCR下游温度理论阈值，则判定所述下游温度传感器故障。
2.根据权利要求1所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S21、根据所述上游氮氧传感器，获取上游氮氧化合物浓度实测值；根据所述下游氮氧传感器，获取下游氮氧化合物浓度实测值；根据发动机排气系统，获取发动机排气流量；
步骤S22、根据所述上游氮氧化合物浓度实测值、所述下游氮氧化合物浓度实测值和所述发动机排气流量，计算上游氮氧化合物流量实测值和下游氮氧化合物流量实测值；
步骤S23、在所述设定时间段对所述上游氮氧化合物流量实测值进行积分计算，获取上游氮氧化合物实测累计排放量；在所述设定时间段对所述下游氮氧化合物流量实测值进行积分计算，获取下游氮氧化合物实测累计排放量；
步骤S24、根据所述上游氮氧化合物实测累计排放量和所述下游氮氧化合物实测累计排放量，计算所述SCR平均效率。
3.根据权利要求1所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中，在所述设定时间段对所述SCR下游温度实测值进行积分计算得到所述SCR下游平均温度。
4.根据权利要求2所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S24中，所述SCR平均效率的计算公式如下：
SCR平均效率＝1-下游氮氧化合物实测累计排放量/上游氮氧化合物实测累计排放量。
5.根据权利要求2所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
步骤S31、根据所述SCR平均效率，计算SCR下游温度理论上下限区间初始值；
步骤S32、对所述SCR下游温度理论上下限区间初始值进行修正，得到所述SCR下游温度理论阈值。
6.根据权利要求5所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S32前还包括：
步骤S30、根据所述SCR系统的上游温度传感器，获取SCR上游温度实测值。
7.根据权利要求6所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S32中，通过所述SCR上游温度实测值和所述发动机排气流量，修正所述SCR下游温度理论上下限区间初始值。
8.根据权利要求1所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，还包括：
步骤S20、判定所述SCR系统是否进入所述使能区域，当进入所述使能区域时，执行所述步骤S2。
9.根据权利要求1所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S4后还包括：
步骤S5、当判定所述下游温度传感器故障时，故障灯发出提示信号。
10.根据权利要求1所述的SCR系统下游温度传感器可信性故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述SCR系统的所述工况信息包括环境条件和/或发动机状态条件和/或执行器状态条件和/或传感器工作状态条件和/或上游氮氧化合物状态条件和/或SCR系统条件。
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