CN114483278A - 一种doc系统故障监测装置及故障检测方法 - Google Patents

一种doc系统故障监测装置及故障检测方法 Download PDF

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贺茂林
李金梁
马昕
王涵
张健
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Abstract

本申请公开了一种DOC系统故障检测装置及故障检测方法，DOC系统故障检测方法包括获取不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率；检测并计算目标DOC系统在预设发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率；对比相同发动机工况下所述实际放热率与所述标准放热率，若所述实际放热率与所述标准放热率的比值小于预设范围的下限值则输出所述目标DOC系统故障。上述DOC系统故障检测装置及故障检测方法提高了DOC系统性能检测的准确可靠性，能够及时准确发现DOC系统故障，避免尾气排放超标。

Description

一种DOC系统故障监测装置及故障检测方法
技术领域
本申请涉及发动机技术领域，特别涉及一种DOC系统故障监测装置及故障检测方法。
背景技术
重型柴油发动机的污染主要包括微粒排放物质、碳氢化合物(HCx)、氮氧化物(NOx)和硫。为了控制排放污染物，发动机尾气需要经过后处理系统处理后方能排放，后处理系统主要采用DOC(氧化型催化器)+DPF(柴油机颗粒捕集器)+SCR处理过程(选择性催化还原系统)。
尾气的生成和处理过程如图1所示：空气通过节气门进入发动机燃烧，产生的尾气进入DOC系统发生催化氧化反应，之后进入DPF过滤并收集尾气中的颗粒物；颗粒物达到一定量时，需要再生DPF，也即燃烧掉颗粒物，使得DPF能够持续不断的收集尾气中的颗粒物。DPF再生过程中，调节节气门减少进气量，使得发动机缸内不充分燃烧提高尾气温度，高温尾气进入DOC内部，与贵金属接触发生催化氧化反应，且与喷入的少量柴油燃烧再次提高尾气温度，后进入DPF与碳颗粒燃烧，降低DPF里的PM值，最终清除尾气中HCx、CO等有害物质和DPF载体吸附的碳颗粒，实现满足法规要求的排放。由上可知，DOC系统属于排放控制关键部件，不仅可以对HCx和CO有效的控制，同时影响颗粒物的过滤。当DOC系统转化HCx的能力也即转化效率降低时，需要有故障报出。现有故障监测只能基于简单的尾气温度检测进行故障判断，可靠性低。
发明内容
本申请的目的是提供一种DOC系统故障检测方法，提高了对DOC系统故障检测的准确可靠性。本申请的另一目的是提供一种应用上述DOC系统故障检测方法的DOC系统故障检测装置。
为实现上述目的，本申请提供一种DOC系统故障检测方法，包括：
获取不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率；
检测并计算目标DOC系统在预设发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率；
对比相同发动机工况下所述实际放热率与所述标准放热率，若所述实际放热率与所述标准放热率的比值小于预设范围的下限值则输出所述目标DOC系统故障。
可选地，所述检测并计算目标DOC系统在不同发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率的步骤包括：
检测尾气进入所述目标DOC系统前的进气温度和从所述目标DOC系统排出后的排气温度；
检测尾气的排气流量；
根据所述排气流量、所述进气温度和所述排气温度计算所述目标DOC系统的实际放热率。
可选地，所述检测尾气进入所述目标DOC系统前的进气温度的步骤为：多点位采集尾气温度并计算平均温度，以所述平均温度作为所述进气温度。
可选地，所述预设范围的下限值为0.4。
本申请还提供一种DOC系统故障检测装置，包括：
存储模块，用于存储不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率；
检测计算模块，用于检测并计算目标DOC系统在预设发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率；
故障判断输出模块，连接所述存储模块和所述检测计算模块，并用于对比相同发动机工况下所述实际放热率与所述标准放热率，以在所述实际放热率与所述标准放热率的比值小于预设范围的下限则输出所述目标DOC系统故障。
可选地，所述检测计算模块包括：
流量检测单元，用于检测尾气进入所述目标DOC系统的排气流量；
第一温度检测单元，用于检测尾气进入所述目标DOC系统前的进气温度；
第二温度检测单元，用于检测尾气从所述目标DOC系统排出后的排气温度；
计算处理单元，连接所述流量检测单元、所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元并用于计算目标DOC系统的实际放热率。
可选地，所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元均包括多组温度传感器。
相对于上述背景技术，本申请所提供的DOC系统故障检测方法通过检测计算目标DOC系统实际运行过程中转化碳氢化合物的实际放热率，利用实际放热率和标准DOC系统也即无故障件在相同工况下转化碳氢化合物的标准放热率对比，得到的比值小于预设范围的下限值时表明在相同工况下，目标DOC系统转化碳氢化合物的实际放热率过低，也即碳氢化合物的转化效率低，能够准确及时报出目标DOC系统的故障。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为尾气处理过程的示意图；
图2为本申请实施例所提供DOC故障检测方法的流程图；
图3为本申请实施例所提供的DOC故障检测装置的示意图。
其中：
1-存储模块、2-检测计算模块、3-故障判断输出模块；
21-流量检测单元、22-第一温度检测单元、23-第二温度检测单元、24-计算处理单元。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
后处理系统：处理发动机尾气中氮氧化物，颗粒物等主要污染物零部件(DOC+DPF+SCR)的总成。DOC:柴油氧化型催化器，柴油氧化催化器DOC是由铂，钯等贵金属涂层为载体的催化剂，具有很强的氧化作用，主要功能是将一氧化碳和碳氢氧化成二氧化碳和水，将一部分的一氧化氮氧化成二氧化氮，提高排气温度。DPF：柴油机颗粒捕集器，是一种用于过滤发动机排气中固体颗粒物(主要为碳烟)的装置，可以减少尾气中的颗粒物，起到降低颗粒物排放的目的。正常模式下，DPF过滤并收集排气中的颗粒物，当颗粒物达到一定量时，需要再生DPF，即会烧掉颗粒物，使DPF能够持续不断地收集废气中的颗粒物。SCR系统:选择性催化还原系统，主要利用尿素分解的氨气为还原剂，将排气中有毒的氮氧化物通过发生选择性催化还原反应转化为无毒的氮气和水。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
本申请实施例提供一种DOC系统故障检测方法，参考图2，主要包括以下步骤：
步骤S10：获取不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率；首先将标准DOC系统也即无故障/转化效率符合尾气排放要求要求的DOC系统接入尾气处理过程，通过检测经标准DOC系统进行尾气处理时，碳氢化合物和一氧化碳被催化氧化时的尾气流量和尾气进入标准DOC系统的温升，计算得到标准放热率，将标准放热率作为衡量尾气中碳氢化合物及一氧化碳被催化氧化比例的基准。通过调整发动机工况，得到不同工况下的一系列标准放热率。
步骤S20：检测并计算目标DOC系统在预设发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率；同样的，将待检测/需要监测的目标DOC系统接入发动机后处理系统，调节发动机至预设工况，利用目标DOC系统对发动机尾气进行处理，然后检测并计算当前工况下目标DOC系统处理尾气时的实际放热率，能够理解的是，无论是此处的实际放热率还是上文所述的标准放热率，均为尾气中的碳氢化合物、一氧化碳及少量一氧化氮被催化氧化释放的热量。
实际放热率的检测计算具体如下，首先利用检测确认发动机在预设工况时的尾气通入目标DOC系统的排气流量，在目标DOC系统进气口前和排气口后分别设置温度传感器，利用温度传感器检测尾气进入目标DOC系统前的进气温度T1，同时利用温度传感器检测尾气从目标DOC系统排出后的排气温度T2，借助q＝c*m*(T2-T1)计算实际放热率，q表示预设工况下目标DOC系统处理尾气时的实际放热率，c表示尾气的比热容，m表示检测换算得到的尾气的质量流量。理论放热率的获取计算过程参考实际放热率。
在一实施例中，为了提高实际放热率的精度，检测进气温度和排气温度时均采用多点位检测的方式，通过设置多个温度传感器检测多个点位的温度，筛除异常值后计算平均温度，以对应位置的尾气的平均温度分别作为进气温度和排气温度。
步骤S30：对比相同发动机工况下所述实际放热率与所述标准放热率，若所述实际放热率与所述标准放热率的比值小于预设范围的下限值则输出所述目标DOC系统故障。步骤S20得到目标DOC系统在发动机预设工况下处理尾气时的实际放热率后，只需获取步骤S10中相同发动机工况下对应的标准DOC系统处理尾气时标准放热率，通过计算二者的比值，判断该比值是否在预设范围内。该比值通常小于等于1，等于或接近1时表明目标DOC系统也即需要监测的DOC系统尾气处理时的催化氧化效率等于标准DOC系统。该比值越小，说明目标DOC系统处理尾气时的实际放热率越小，也即催化氧化效率越低。当该比值小于0.4时，目标DOC系统催化氧化效率已经低于允许值的下限，进而造成尾气排放不合格，此时输出DOC系统故障，提醒车主及时对DOC系统进行维护。
以上采用相同发动机工况下标准DOC系统处理尾气时的标准放热率与目标DOC系统的标准放热率对比，主要是保证标准DOC系统和目标DOC系统处理尾气时的尾气排气流量、尾气中的碳氢化合物及一氧化碳含量基本一致，减少其他因素干扰。
进一步地，为提高检测可靠性，还可以通过检测目标DOC系统在发动机若干不同工况下处理尾气的实际放热率，借助每一工况下的实际放热率分别与相同工况下的标准放热率对比，确认比值是否都处于预设范围内(如0.4-1)。
本申请还提供一种DOC系统故障检测装置，如图3所示，该装置主要包括如下三个模块：存储模块1、检测计算模块2和故障判断输出模块3。存储模块1用来存储不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率，标准放热率的获取参考上述实施例。检测计算模块2则用来检测发动机在预设工况目标DOC系统转化碳氢化合物的实际放热率，检测计算模块2主要包括流量检测单元21、第一温度检测单元22、第二温度检测单元23和计算处理单元24。其中，流量检测单元21用来装设在发动机和目标DOC系统之间并检测尾气的体积流量，第一温度检测单元22被装设在目标DOC系统的进气口处并用来检测尾气进入目标DOC系统前的温度，第二温度检测单元23被装设在目标DOC系统的排气口处并用来尾气排出时排气温度，计算处理单元24连接流量检测单元21、第二温度检测单元23和第二温度检测单元23，从而将检测的尾气的体积流量换算为质量流量后，借助尾气的质量流量、进气温度和排气温度计算目标DOC系统处理尾气时的实际放热率。
故障判断输出模块3与检测计算模块2和存储模块1连接，用来获取检测计算模块2在预设发动机工况下目标DOC系统处理尾气时的实际放热率，同时从存储模块1读取相同发动机工况下标准DOC系统处理尾气的标准放热率；当实际放热率与标准放热率的比值小于设定值的下限值时，故障判断输出模块3输出被检测的目标DOC系统故障。
为提高检测可靠性，第一温度检测单元22和第二温度检测单元23均采用多组温度传感器，多组温度传感器分别设置在目标DOC系统的进气口和排气口处的多个预设点位上，计算处理单元24能够根据进气口处的多个温度传感器检测的温度值计算均值并作为进气温度，同时能够根据排气口处的多个温度传感器检测的温度值计算均值并作为排气温度。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本申请所提供的DOC系统故障检测装置及故障检测方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种DOC系统故障检测方法，其特征在于，包括：
获取不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率；
检测并计算目标DOC系统在预设发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率；
对比相同发动机工况下所述实际放热率与所述标准放热率，若所述实际放热率与所述标准放热率的比值小于预设范围的下限值则输出所述目标DOC系统故障。
2.根据权利要求1所述的DOC系统故障检测方法，其特征在于，所述检测并计算目标DOC系统在不同发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率的步骤包括：
检测尾气进入所述目标DOC系统前的进气温度和从所述目标DOC系统排出后的排气温度；
检测尾气的排气流量；
根据所述排气流量、所述进气温度和所述排气温度计算所述目标DOC系统的实际放热率。
3.根据权利要求2所述的DOC系统故障检测方法，其特征在于，所述检测尾气进入所述目标DOC系统前的进气温度的步骤为：多点位采集尾气温度并计算平均温度，以所述平均温度作为所述进气温度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的DOC系统故障检测方法，其特征在于，所述预设范围的下限值为0.4。
5.一种DOC系统故障检测装置，其特征在于，包括：
存储模块，用于存储不同发动机工况下标准DOC系统转化碳氢化合物时的标准放热率；
检测计算模块，用于检测并计算目标DOC系统在预设发动机工况下的转化碳氢化合物的实际放热率；
故障判断输出模块，连接所述存储模块和所述检测计算模块，并用于对比相同发动机工况下所述实际放热率与所述标准放热率，以在所述实际放热率与所述标准放热率的比值小于预设范围的下限则输出所述目标DOC系统故障。
6.根据权利要求5所述DOC系统故障检测装置，其特征在于，所述检测计算模块包括：
流量检测单元，用于检测尾气进入所述目标DOC系统的排气流量；
第一温度检测单元，用于检测尾气进入所述目标DOC系统前的进气温度；
第二温度检测单元，用于检测尾气从所述目标DOC系统排出后的排气温度；
计算处理单元，连接所述流量检测单元、所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元并用于计算目标DOC系统的实际放热率。
7.根据权利要求6所述的DOC系统故障检测装置，其特征在于，所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元均包括多组温度传感器。
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