CN114370319A - 一种scr后处理系统的闭环控制方法及其控制系统 - Google Patents

一种scr后处理系统的闭环控制方法及其控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SCR后处理系统的闭环控制方法及其控制系统，涉及发动机后处理技术领域。SCR后处理系统的闭环控制方法包括以下步骤：若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则控制发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率。判断切换后的氮氧化物的转化效率相对切换前的氮氧化物的转化效率是否降低；若是，则SCR后处理系统诊断为氨泄漏。本发明提供的SCR后处理系统的闭环控制方法能够解决氮氧化物传感器交叉敏感性导致的氮氧化物的转化效率故障原因的误判，降低了氮氧化物的转化效率诊断的误报率。

Description

一种SCR后处理系统的闭环控制方法及其控制系统
技术领域
本发明涉及发动机后处理技术领域，尤其涉及一种SCR后处理系统的闭环控制方法及其控制系统。
背景技术
SCR(Selective Catalytic Reduction)后处理系统是消除柴油机尾气中氮氧化物的主要后处理技术之一。SCR后处理系统是在催化剂的作用下，利用还原剂(如氨)“有选择性”地与烟气中的氮氧化物反应并生成无毒无污染的N2和H2O。
使用SCR后处理系统的柴油机，需要通过向SCR后处理系统中喷射尿素的方式与尾气中的氮氧化物发生反应，同时生成无毒无污染的N2和H2O。然而在柴油机实际运行中存在SCR后处理系统控制偏差的累积、使用非标准浓度尿素、SCR后处理系统喷射系统故障或SCR后处理系统相关部件的生产一致性等多重问题，往往表现为柴油机在正常控制下SCR后处理系统的下游氮氧化物传感器测量值高于理想值。在对SCR后处理系统的尿素喷射量进行闭环控制的过程中，由于氮氧化物传感器存在交叉敏感性，造成测量值较高的原因可能是氮氧化物泄露，也可能是氨泄漏，可能造成因氮氧化物传感器交叉敏感性导致的氮氧化物的转化效率诊断失效的问题，从而影响尿素喷射量的闭环控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR后处理系统的闭环控制方法及其控制系统，能够解决氮氧化物传感器交叉敏感性导致的氮氧化物的转化效率诊断失效的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种SCR后处理系统的闭环控制方法，包括以下步骤：
若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则控制发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率；
判断切换后的氮氧化物的转化效率相对切换前的氮氧化物的转化效率是否降低；若是，则SCR后处理系统诊断为氨泄漏。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则控制发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率的步骤包括：
若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则增加尿素喷射量；
获取所述增加尿素喷射量之后的所述SCR后处理系统的下游氮氧化物传感器的第一测量值，并计算所述第一测量值与预设值的第一差值；
判断所述第一差值是否大于阈值，若是，则将发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则增加尿素喷射量的步骤包括：根据所述发动机在高原排模式下的所述下游氮氧化物传感器的第二测量值与所述预设值的第二差值确定尿素喷射量的增加量。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则提高所述SCR后处理系统的温度；
在所述提高所述SCR后处理系统的温度之后，当所述氮氧化物的转化效率由低变高时，则控制发动机返回至高原排模式。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则减少尿素喷射量；
在所述减少尿素喷射量之后，当所述氮氧化物的转化效率由低变高时，则控制发动机返回至高原排模式。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则减少尿素喷射量的步骤包括：根据发动机低原排模式下的下游氮氧化物传感器的第三测量值与所述预设值的第三差值确定尿素喷射量的减少量。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，当确定的减少后的所述尿素喷射量小于所述尿素喷射量的最小值时，则将尿素喷射量减少至所述尿素喷射量的最小值并持续设定时间，再控制发动机返回至高原排模式。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当所述切换后的氮氧化物的转化效率大于等于所述切换前的氮氧化物的转化效率时，则SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当所述SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，则发出氮氧化物的转化效率故障的警报。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，在所述当所述SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，则发出氮氧化物的转化效率故障的警报的步骤之后还包括：
增加尿素喷射量；
判断氮氧化物的转化效率是否与设定氮氧化物的转化效率相同，若是，则控制发动机返回至高原排模式。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，所述尿素喷射量的增加量根据发动机在低原排模式下的下游氮氧化物传感器的第四测量值与所述预设值的第四差值确定。
一种SCR后处理系统的闭环控制系统，采用如以上任一方案所述的SCR后处理系统的闭环控制方法。
本发明的有益效果：
本发明提供的SCR后处理系统的闭环控制方法，当发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率时，利用发动机在高原排模式和低原排模式的切换过程中的氮氧化物的转化效率的变化判断是否存在氨泄漏，若发动机在进入低原排时氮氧化物的转化效率降低，则存在氨泄漏。本发明提供的SCR后处理系统的闭环控制方法能够解决氮氧化物传感器交叉敏感性导致的氮氧化物的转化效率故障原因的误判，降低氮氧化物的转化效率诊断的误报率。
本发明提供的SCR后处理系统的闭环控制系统，应用上述的SCR后处理系统的闭环控制方法，降低了氮氧化物的转化效率诊断的误报率，从而能够更好地实现SCR后处理系统的闭环控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的SCR后处理系统的闭环控制方法的流程图一；
图2是本发明实施例提供的SCR后处理系统的闭环控制方法的流程图二。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征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。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
SCR后处理系统的闭环控制：先建立相应的尿素喷射控制模型，利用预估的氮氧化物的排放量计算需要的尿素喷射量，然后利用SCR后处理系统的氮氧化物或氨的浓度信号进行PID闭环控制。为了降低发动机尾气中氮氧化物的排放，SCR后处理系统通过在SCR载体中预存一定量的氨，以此提高瞬态工况下氮氧化物的转化效率。而当SCR载体内存储的氨超过SCR载体的存储能力时，这部分未转化的氨会大量脱附，并排到尾气中造成氨泄漏。
但是由于氮氧化物传感器交叉敏感性，会将尾气中的氨识别为氮氧化物，在氮氧化物的传感器检测到的数值升高导致氮氧化物的转化效率降低时，无法准确判断是因氮氧化物泄漏导致的还是因氨泄漏导致的，从而影响尿素喷射量的闭环控制。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种SCR后处理系统的闭环控制方法，包括以下步骤：
S00、发动机ECU上电初始化。
在对SCR后处理系统进行闭环控制之前，先将发动机ECU上电，然后对氮氧化物的转化效率降低进行诊断。
S10、若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则控制发动机切换为低原排模式。
高原排模式和低原排模式可以通过发动机共轨压力调节、喷油提前角调节、控制燃油多次喷射、进排气节流阀的控制或增压器的控制等技术实现同一工况下的不同的氮氧化物的排放模式。在高原排模式下氮氧化物的排放量大于低原排模式下的氮氧化物的排放量，在低原排模式下尾气温度更高，但是油耗较差。如果不存在氨泄漏，发动机在高原排模式下和在低原排模式下的氮氧化物的转化效率基本一致。如果存在氨泄漏，发动机在高原排模式和低原排模式的切换过程中，氮氧化物的转化效率会出现急剧下降。
具体地，S10包括：
S11、若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则增加尿素喷射量。
设定氮氧化物的转化效率为在SCR后处理系统的闭环控制建立的相应的尿素喷射控制模型中，以预估的发动机的氮氧化物的排放量计算出需要的尿素喷射量在SCR后处理系统进行反应后，尾气中排出的符合排放要求的氮氧化物的排放量相对预估的发动机的氮氧化物的排放量的转化效率。若氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则排放超标，需要根据SCR后处理系统下游氮氧化物的传感器的检测值对尿素的喷射量进行闭环调节，使得尾气排放符合要求。
可选地，根据发动机在高原排模式下的下游氮氧化物传感器的第二测量值与预设值的第二差值确定尿素喷射量的增加量。
预设值为在满足设定氮氧化物的转化效率时，经过SCR后处理系统处理后尾气中排放的氮氧化物的量。
如果不存在氨泄漏，根据下游氮氧化物传感器的第二测量值与预设值的第二差值确定尿素喷射量的增加量，然后在SCR后处理系统中进行反应后，再检测的下游氮氧化物传感器的测量值在理论上应该与预设值相同。
S12、获取增加尿素喷射量之后的SCR后处理系统的下游氮氧化物传感器的第一测量值，并计算第一测量值与预设值的第一差值。
增加尿素喷射量之后再计算第一测量值与预设值的第一差值，判断通过闭环控制后氮氧化物的转化效率是否提高。
S13、判断第一差值是否大于阈值，若是，则执行S14；若否，则返回S11。
S14、将发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率
由于存在SCR后处理系统控制偏差的累积、使用非标准浓度尿素、SCR后处理系统喷射故障或SCR后处理系统相关部件的生产一致性等多重问题。往往在正常控制下，下游的氮氧化物的传感器的测量值也会高于理论值，即高于预设值。通过标定或经验获得在正常控制下，下游氮氧化物的传感器的测量值与预设值的差值范围。使得下游氮氧化物的测量值与预设值的差值控制在该差值范围内，也能满足排放要求。将上述根据标定或经验获得的满足排放要求的差值范围定义为阈值。通过判断第一差值是否大于阈值，如果第一差值大于阈值，则将发动机切换为低原排模式，以判断是否存在氨泄漏。如果第一差值小于等于阈值，说明氮氧化物的转化效率提高，则返回S11，继续监测。
S20、判断切换后的氮氧化物的转化效率相对切换前的氮氧化物的转化效率是否降低。
S30、若切换后的氮氧化物的转化效率相对切换前的氮氧化物的转化效率降低，则SCR后处理系统诊断为氨泄漏。
氮氧化物的转化效率根据SCR后处理系统的上游氮氧化物的传感器的测量值和下游氮氧化物的传感器的测量值计算获得。
若切换后的氮氧化物的转化效率急剧下降，则SCR后处理系统诊断为氨泄漏。
示例性地，发动机在高原排模式下，上游氮氧化物的传感器的测量值为1000ppm，下游氮氧化物的传感器的测量值为200ppm。发动机切换为低原排模式后，上游氮氧化物的传感器的测量值为500ppm，下游氮氧化物的传感器的测量值为100ppm。发动机由高原排模式切换为低原排模式后，在SCR后处理系统之前氮氧化物的排放量和在SCR后处理系统中尿素的喷射量都是成比例地降低，而SCR载体中氨的储存量不变，如果SCR载体中储存的氨过量，就会大量脱附排到尾气造成氨泄漏。由于氮氧化物的传感器存在交叉敏感性，将泄漏的氨识别为氮氧化物，则会导致切换成低原排模式后氮氧化物的转化效率急剧下降。
S31、当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则提高SCR后处理系统的温度和减少尿素喷射量。
可选地，根据发动机低原排模式下的下游氮氧化物传感器的第三测量值与预设值的第三差值确定尿素喷射量的减少量。
针对氨泄漏，可以通过提高SCR后处理系统的热管理快速升温加快氨泄漏的释放，同时减少尿素喷射量也是缓解氨泄漏的一种方式。在本实施例中，通过两种方式共同缓解氨泄漏，可以快速缓解氨泄漏，使得氮氧化物的转化效率等于预设氮氧化物的转化效率。
当然，在其他实施例中，也可以通过提高SCR后处理系统的温度和减少尿素喷射量二者中的其中一种方式缓解氨泄漏。
S32、判断氮氧化物的转化效率是否由低变高，直至与设定氮氧化物的转化效率相同；若是，则返回S11；若否，则返回S31。
作为SCR后处理系统的闭环控制方法的一个可选方案，当确定的减少后的尿素喷射量小于尿素喷射量的最小值时，则将尿素喷射量减少至尿素喷射量的最小值并持续设定时间，再控制发动机返回至高原排模式。
S40、当切换后的氮氧化物的转化效率大于等于切换前的氮氧化物的转化效率时，则SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏。
在切换过程中，若氮氧化物的转化效率无明显变化，则确认为氮氧化物泄露。一般情况下，不会出现切换后的氮氧化物的转化效率明显大于切换前的氮氧化物的转化效率，如果切换后的氮氧化物的转化效率明显大于切换前的氮氧化物的转化效率，且与设定氮氧化物的转化效率基本一致，说明发动机在高原排模式下，下游氮氧化物的传感器的测量值不准确，需返回高原排模式重新进行诊断。
S41、当SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，则发出氮氧化物的转化效率故障的警报。
当SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，则说明尾气排放超标，需发出警报提醒驾驶员进行处理。
S42、增加尿素喷射量。
S43、判断氮氧化物的转化效率是否与设定氮氧化物的转化效率相同，若是，则返回S11；若否，则返回S42。
具体地，尿素喷射量的增加量根据发动机在低原排模式下的下游氮氧化物传感器的第四测量值与预设值的第四差值确定。
根据确定的尿素喷射量的增加量增加尿素喷射量，使得SCR后处理系统的氮氧化物的转化效率等于设定氮氧化物的转化效率，经过SCR后处理系统处理后排放的尾气符合排放标准，则返回S11继续监测。
通过高原排模式和低原排模式的切换能实现对氨泄漏和氮氧化物泄露的有效区分。然后配合高低原排模式对尿素喷射量的闭环调节，有效解决了调节过程中方向误判导致的氮氧化物排放超标的问题。根据氨泄漏和氮氧化物泄漏的诊断结果分别进行PID闭环控制，能够保证增加尿素喷射量和减少尿素喷射量的方向基本准确。而且发动机在高原排模式下仅增加尿素喷射量，不会导致较高的氨泄漏；同时，发动机在低原排模式下仅减少尿素喷射量，不会导致较高的氮氧化物泄漏。通过本实施例提供的SCR后处理系统的闭环控制方法能够准确地识别氮氧化物的转化效率降低的故障原因，能够解决尿素浓度低以及SCR后处理系统喷射控制偏差累积导致的排放问题以及氨泄漏问题。
本实施例还提供了一种SCR后处理系统的闭环控制系统，采用上述的SCR后处理系统的闭环控制方法。
该SCR后处理系统的闭环控制系统还包括报警模块，当SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，通过报警模块发生警报，显示在车辆的仪表盘上，以提醒驾驶员进行处理。
SCR后处理系统的上游氮氧化物的传感器和下游氮氧化物的传感器均与SCR后处理系统的闭环控制系统通信连接，上游氮氧化物的传感器能将其测量值发送给SCR后处理系统的闭环控制系统，下游氮氧化物的传感器能将其测量值发送给SCR后处理系统的闭环控制系统，SCR后处理系统的闭环控制方法的程序存储于SCR后处理系统的闭环控制系统内，SCR后处理系统的闭环控制系统根据其内存储的SCR后处理系统的闭环控制方法，以及接收的上游氮氧化物的传感器的测量值和下游氮氧化物的传感器的测量值对SCR后处理系统的氮氧化物的转化效率的故障的原因进行诊断，并根据诊断结果进行闭环控制，以使氮氧化物的排放量符合排放要求。
本实施例提供的SCR后处理系统的闭环控制系统，降低了氮氧化物的转化效率诊断的误报率，从而能够更好地实现SCR后处理系统的闭环控制。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则控制发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率；
判断切换后的氮氧化物的转化效率相对切换前的氮氧化物的转化效率是否降低；若是，则SCR后处理系统诊断为氨泄漏。
2.根据权利要求1所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则控制发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率的步骤包括：
若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则增加尿素喷射量；
获取所述增加尿素喷射量之后的所述SCR后处理系统的下游氮氧化物传感器的第一测量值，并计算所述第一测量值与预设值的第一差值；
判断所述第一差值是否大于阈值，若是，则将发动机切换为低原排模式，并计算切换后的氮氧化物的转化效率。
3.根据权利要求2所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述若发动机在高原排模式下，氮氧化物的转化效率低于设定氮氧化物的转化效率，则增加尿素喷射量的步骤包括：根据所述发动机在高原排模式下的所述下游氮氧化物传感器的第二测量值与所述预设值的第二差值确定尿素喷射量的增加量。
4.根据权利要求2所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则提高所述SCR后处理系统的温度；
在所述提高所述SCR后处理系统的温度之后，当所述氮氧化物的转化效率由低变高时，则控制发动机返回至高原排模式。
5.根据权利要求2或4所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则减少尿素喷射量；
在所述减少尿素喷射量之后，当所述氮氧化物的转化效率由低变高时，则控制发动机返回至高原排模式。
6.根据权利要求5所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述当SCR后处理系统诊断为氨泄漏时，则减少尿素喷射量的步骤包括：根据发动机低原排模式下的下游氮氧化物传感器的第三测量值与所述预设值的第三差值确定尿素喷射量的减少量。
7.根据权利要求6所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，当确定的减少后的所述尿素喷射量小于所述尿素喷射量的最小值时，则将尿素喷射量减少至所述尿素喷射量的最小值并持续设定时间，再控制发动机返回至高原排模式。
8.根据权利要求2所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当所述切换后的氮氧化物的转化效率大于等于所述切换前的氮氧化物的转化效率时，则SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏。
9.根据权利要求8所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述SCR后处理系统的闭环控制方法还包括以下步骤：
当所述SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，则发出氮氧化物的转化效率故障的警报。
10.根据权利要求9所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，在所述当所述SCR后处理系统诊断为氮氧化物泄漏时，则发出氮氧化物的转化效率故障的警报的步骤之后还包括：
增加尿素喷射量；
判断氮氧化物的转化效率是否与设定氮氧化物的转化效率相同，若是，则控制发动机返回至高原排模式。
11.根据权利要求10所述的SCR后处理系统的闭环控制方法，其特征在于，所述尿素喷射量的增加量根据发动机在低原排模式下的下游氮氧化物传感器的第四测量值与所述预设值的第四差值确定。
12.一种SCR后处理系统的闭环控制系统，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的SCR后处理系统的闭环控制方法。
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