CN113847128A - 尿素液位报警方法、尿素液位报警装置及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机技术领域，本发明提出了一种尿素液位报警方法、一种尿素液位报警装置以及一种发动机。尿素液位报警方法包括以下步骤接收车辆SCR入口的NOx传感器的第一NOx含量和车辆SCR出口的NOx传感器的第二NOx含量；根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量；根据所述剩余尿素量按预设策略报警。本发明提出的尿素液位报警方法通过后处理系统中SCR入口和出口处的NOx传感器采集NOx含量，进一步推导计算得到实际的尿素消耗量，进而得到实际的尿素液位，弥补了尿素液位传感器的精度问题。进而判断尿素箱尿素液位的变化，根据所述剩余尿素量按预设策略报警，起到有效提醒驾驶员及时添加尿素的目的。

Description

尿素液位报警方法、尿素液位报警装置及发动机
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种尿素液位报警方法。本发明还涉及一种尿素液位报警装置和一种发动机。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
NOx是空气污染主要来源之一，严重危害人体健康，其中装配柴油机的车辆NOx排放远超汽油机车型。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)是非道路四阶段柴油机械及国六阶段重型柴油车减少柴油机尾气中NOx的主流方法。该技术往排气尾管中喷射尿素，尿素在一定温度下水解成的氨气与NOx反应生成无污染的水和氮气。因此，尿素箱中尿素存量是排放法规及实际应用中非常关注的问题。
在国六中法规中明确规定，“驾驶员报警系统初期不需要被持续激活，而当反应剂存量趋近较低的储罐存量设定值时，以及接近驾驶性能限制系统激活条件时，激活提示应趋于强烈最后变成持续激活。生产企业应在另一更低的反应剂存量时，报警系统以最为强烈警示方式告知驾驶员。”，当尿素箱中尿素存量较低时(低于满容量的10％)，报警灯应被点亮，提醒驾驶员尿素剩余量已不多；在驾驶性能限制系统激活时(尿素存量低于满容量的2.5％)，报警灯应以更容易引起驾驶员注意的方式点亮；在尿素存量更低的某一值(尿素液位空)，报警灯应当以最为强烈方式提醒驾驶员关注。”
应用现状：当前产品实际应用中存在两点问题，第一、由于尿素液位传感器的精度问题，即最大可识别精度为5％，导致尿素液位监测无法有效反应实际尿素液位值，同时存在较大误差；第二、产品在用报警灯系统由于驱动方式和控制策略设计原因，由于仅支持一种点亮方式，在尿素存量低于10％后，报警灯将一直以常亮方式报警，而当尿素存量低于2.5％后，车辆继续运行将会限扭甚至限速，严重影响驾驶员正常驾驶作业甚至造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有技术中尿素液位监测精确度较差的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种尿素液位报警方法，包括以下步骤：
接收车辆SCR入口的NOx传感器采集的第一NOx含量和车辆SCR出口的NOx传感器采集的第二NOx含量；
根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量；
根据所述剩余尿素量按预设策略报警。
本发明提出的尿素液位报警方法通过后处理系统中SCR入口和出口处的NOx传感器采集NOx含量，进一步推导计算得到实际的尿素消耗量，进而得到实际的尿素液位，弥补了尿素液位传感器的精度问题。进而判断尿素箱尿素液位的变化，根据所述剩余尿素量按预设策略报警，起到有效提醒驾驶员及时添加尿素的目的。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量包括步骤：
对所述第一NOx含量进行积分计算得到第一积分值，对所述第二NOx含量进行积分计算得到第二积分值；
计算所述第一积分值和所述第二积分值的差值；
根据所述差值获得NOx质量；
根据所述NOx质量获得尿素箱的剩余尿素量。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述NOx质量获得尿素箱的剩余尿素量包括以下步骤：
根据所述NOx质量和催化还原反应公式计算获得参与反应的NH3质量；
根据所述参与反应的NH3质量和尿素水解公式计算获得参与反应CO(NH2)2的量；
根据所述参与反应CO(NH2)2的量和尿素溶液浓度计算获得消耗的尿素溶液的量；
根据所述消耗的尿素溶液的量计算获得尿素箱剩余的尿素量。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述剩余尿素量按预设策略报警包括以下步骤：
根据所述剩余尿素量计算尿素液位百分比；
根据所述尿素液位百分比小于第一预设值，控制报警灯启动第一模式；
根据所述尿素液位百分比小于第二预设值，控制报警灯启动第二模式；
根据所述尿素液位百分比等于0，控制报警灯启动第三模式。
在本发明的一些实施例中，所述第一预设值大于等于10％，所述第二预设值小于10％并且大于0。
在本发明的一些实施例中，所述第一模式为所述报警灯常亮，所述第二模式为所述报警灯以第一频率闪烁，所述第三模式为所述报警灯以第二频率闪烁，所述第一频率小于所述第二频率。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述剩余尿素量按预设策略报警之后还包括步骤：
接收尿素箱液位传感器的实时尿素液位百分比信号；
根据所述实时尿素液位百分比信号大于第一预设值解除报警。
本发明的第二方面提出了一种尿素液位报警装置，用于执行本发明第一方面提出的尿素液位报警方法，包括：
采集单元，用于监测车辆SCR的入口处的第一NOx含量和车辆SCR的出口处的第二NOx含量；
报警单元，用于发出尿素液位过低的报警提示；
计算单元，用于根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算当前尿素液位；
控制单元，用于根据所述当前尿素液位控制所述报警单元进行报警。
本发明的第二方面提出的尿素液位报警装置具有和本发明第一方面提出的尿素液位报警方法相同的有益效果，在此不再赘述。
在本发明的一些实施例中，所述报警单元为报警灯，所述报警灯的闪烁频率可变。
本发明的第三方面提出了一种发动机，根据本发明第二方面提出的尿素液位报警装置。
本发明的第三方面提出发动机具有和本发明第一方面提出的尿素液位报警方法相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的尿素液位报警方法的控制逻辑示意图；
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1所示，本发明的第一方面提出了一种尿素液位报警方法，包括以下步骤：
接收车辆SCR入口的NOx传感器采集的第一NOx含量和车辆SCR出口的NOx传感器采集的第二NOx含量；
根据第一NOx含量和第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量；
根据剩余尿素量按预设策略报警。
需要说明的是，SCR(选择性催化还原器)的原理为，在含有NOx的尾气中喷入尿素，尿素溶液中的氨(NH3)与尾气中的NOx反应还原成N2(氮)和水，进而达到控制尾气排放有害气体的目的，其中，具体的化学反应过程包括：
1.CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2，即尿素与水反应获取氨(NH3)；
2.NH3+NOx+O2→N2+H2O，即通过氨和氧气与尾气中的一氧化氮和二氧化氮化学反应，生成无害的氮和水；
3.NH3+O2→N2+H2O，此外，还会有部分氨和氧气化学反应生成氮和水。根据第一NOx含量和第二NOx含量可分别对其做积分区间为一个预设周期时长的积分运算，得到第一积分值和第二积分值，第一积分值与第二积分值的差值表示参与反应的NOx的质量，由于在上述的各步化学反应过程中，会遵循化学反应动力学、质量守恒定律和能量守恒定律，通过参与反应的NOx的质量根据化学反应动力学模型即可得出消耗的尿素溶液的量。
本发明提出的尿素液位报警方法通过后处理系统中SCR入口和出口处的NOx传感器采集NOx含量，进一步推导计算得到实际的尿素消耗量，进而得到实际的尿素液位，弥补了尿素液位传感器的精度问题。进而判断尿素箱尿素液位的变化，根据剩余尿素量按预设策略报警，预设策略可以是车辆中控显示器上的提示，或者蜂鸣器报警，还可以是报警灯闪烁报警，起到有效提醒驾驶员及时添加尿素的目的。
在本发明的一些实施例中，根据第一NOx含量和第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量包括步骤：
对第一NOx含量进行积分计算得到第一积分值，对第二NOx含量进行积分计算得到第二积分值；
计算第一积分值和第二积分值的差值；
根据差值获得NOx质量；
根据NOx质量获得尿素箱的剩余尿素量。
在本发明的一些实施例中，根据NOx质量获得尿素箱的剩余尿素量包括以下步骤：
根据NOx质量和催化还原反应公式计算获得参与反应的NH3质量，其中催化还原反应公式为NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O；
根据参与反应的NH3质量和尿素水解公式计算获得参与反应CO(NH2)2的量，其中尿素水解公式为CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2；
根据参与反应CO(NH2)2的量和尿素溶液浓度计算获得消耗的尿素溶液的量；
根据消耗的尿素溶液的量计算获得尿素箱剩余的尿素量。
在本发明的一些实施例中，根据剩余尿素量按预设策略报警包括以下步骤：
根据剩余尿素量计算尿素液位百分比；
根据尿素液位百分比小于第一预设值，控制报警灯启动第一模式；
根据尿素液位百分比小于第二预设值，控制报警灯启动第二模式；
根据尿素液位百分比等于0，控制报警灯启动第三模式。
具体地，第一模式可以是报警灯常亮，第二模式可以是报警灯慢闪烁，第三模式可以是报警灯快闪烁，通过三级递进式报警提醒驾驶员需要加注尿素溶液。
在本发明的一些实施例中，第一预设值大于等于10％，优选为10％，此时尿素溶液已经达到国六标准规定的尿素过少报警值需要提醒驾驶员注意，第二预设值小于10％并且大于0，此时尿素液位过低导致尿素液位传感器精度无法覆盖，需要进一步提醒驾驶员注意尿素液位过低。
具体地，第一模式为报警灯常亮，第二模式为报警灯以第一频率闪烁，第三模式为报警灯以第二频率闪烁，第一频率小于第二频率。还可以设置声音报警器，例如蜂鸣器，根据报警声音频率与尿素液位成反比，即尿素液位越低蜂鸣器频率越高。
在本发明的一些实施例中，根据剩余尿素量按预设策略报警之后还包括步骤：
接收尿素箱液位传感器的实时尿素液位百分比信号；
根据实时尿素液位百分比信号大于第一预设值解除报警。
具体地当尿素箱液位传感器检测到尿素液位超过10％时，解除报警，提示尿素量达标。
本发明的第二方面提出了一种尿素液位报警装置，用于执行本发明第一方面提出的尿素液位报警方法，包括：
采集单元，用于监测车辆SCR的入口处的第一NOx含量和车辆SCR的出口处的第二NOx含量；
报警单元，用于发出尿素液位过低的报警提示；
计算单元，用于根据第一NOx含量和第二NOx含量计算当前尿素液位；
控制单元，用于根据当前尿素液位控制所述报警单元进行报警。
本发明的第二方面提出的尿素液位报警装置根据车辆SCR的入口处的第一NOx含量和车辆SCR的出口处的第二NOx含量计算尿素液位，精确度高，根据尿素液位过低采取对应的报警方式，并且对车辆进行限扭或限速。
在本发明的一些实施例中，所述报警单元为报警灯，所述报警灯的闪烁频率可变，控制单元通过控制报警灯以不同频率闪烁表示尿素液位的余量，控制单元可以是ECU，ECU通过硬线或者报文驱动报警灯亮起或闪烁。
本发明的第三方面提出了一种发动机，根据本发明第二方面提出的尿素液位报警装置。
本发明的第三方面提出发动机具有和本发明第一方面提出的尿素液位报警方法相同的有益效果，在此不再赘述。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种尿素液位报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收车辆SCR入口的NOx传感器采集的第一NOx含量和车辆SCR出口的NOx传感器采集的第二NOx含量；
根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量；
根据所述剩余尿素量按预设策略报警。
2.根据权利要求1所述的尿素液位报警方法，其特征在于，所述根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算获得尿素箱的剩余尿素量包括步骤：
对所述第一NOx含量进行积分计算得到第一积分值，对所述第二NOx含量进行积分计算得到第二积分值；
计算所述第一积分值和所述第二积分值的差值；
根据所述差值获得参加反应的NOx质量；
根据所述NOx质量获得尿素箱的剩余尿素量。
3.根据权利要求2所述的尿素液位报警方法，其特征在于，所述根据所述NOx质量获得尿素箱的剩余尿素量包括以下步骤：
根据所述NOx质量和催化还原反应公式计算获得参与反应的NH3质量，所述催化还原反应公式为NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O；
根据所述参与反应的NH3质量和尿素水解公式计算获得参与反应CO(NH2)2的量，所述尿素水解公式为CO(NH2)2+H2O→(NH3)2+CO2；
根据所述参与反应CO(NH2)2的量和尿素溶液浓度计算获得消耗的尿素溶液的量；
根据所述消耗的尿素溶液的量计算获得尿素箱剩余的尿素量。
4.根据权利要求1所述的尿素液位报警方法，其特征在于，所述根据所述剩余尿素量按预设策略报警包括以下步骤：
根据所述剩余尿素量计算尿素液位百分比；
根据所述尿素液位百分比小于第一预设值，控制报警灯启动第一模式；
根据所述尿素液位百分比小于第二预设值，控制报警灯启动第二模式；
根据所述尿素液位百分比等于0，控制报警灯启动第三模式，其中所述第一预设值大于所述第二预设值。
5.根据权利要求4所述的尿素液位报警方法，其特征在于，所述第一预设值大于等于10％，所述第二预设值小于10％并且大于0。
6.根据权利要求4所述的尿素液位报警方法，其特征在于，所述第一模式为所述报警灯常亮，所述第二模式为所述报警灯以第一频率闪烁，所述第三模式为所述报警灯以第二频率闪烁，所述第一频率小于所述第二频率。
7.根据权利要求4所述的尿素液位报警方法，其特征在于，所述根据所述剩余尿素量按预设策略报警之后还包括步骤：
接收尿素箱液位传感器的实时尿素液位百分比信号；
根据所述实时尿素液位百分比信号大于第一预设值解除报警。
8.一种尿素液位报警装置，用于执行根据权利要求1至7任一项所述的尿素液位报警方法，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集车辆SCR的入口处的第一NOx含量和车辆SCR的出口处的第二NOx含量；
报警单元，用于发出尿素液位过低的报警提示；
计算单元，用于根据所述第一NOx含量和所述第二NOx含量计算当前尿素液位；
控制单元，用于根据所述当前尿素液位控制所述报警单元进行报警。
9.根据权利要求8所述的尿素液位报警装置，其特征在于，所述报警单元为报警灯，所述报警灯的闪烁频率可变。
10.一种发动机，其特征在于，具有根据权利要求8或9所述的尿素液位报警装置。
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