阅读说明：本技术 一种远程诊断柴油车scr系统尿素消耗量合理性的方法 (Method for remotely diagnosing reasonability of urea consumption of diesel vehicle SCR system ) 是由 王天田 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法,包括以下步骤：(1)通过OBD远程监管终端采集目标车辆的相关参数并上传至平台；(2)平台比对一段时间内的累计燃油消耗量或发动机累计功和累计尿素消耗量的相对关系来确认尿素消耗量的合理性；(3)确认尿素消耗量不合理后,诊断模块将通过尿素消耗量异常原因判别策略进一步确认具体原因；(4)依次确认车辆SCR系统是否存在故障、SCR上下游温度传感器信号是否合理、尿素起喷温度是否设定过高、尿素喷射状态下的NOx排放与喷射量的比例、累计喷射的尿素质量与实际尿素液位变化关系是否合理；(5)依据步骤(4)中各个环节的确认结果,确定出导致尿素消耗量不合理的根本原因。(A method of remotely diagnosing the rationality of urea consumption in a diesel vehicle SCR system comprising the steps of: (1) collecting relevant parameters of a target vehicle through an OBD remote monitoring terminal and uploading the relevant parameters to a platform; (2) comparing the accumulated fuel consumption or the relative relation between the accumulated work of the engine and the accumulated urea consumption in a period of time by the platform to confirm the reasonability of the urea consumption; (3) after the fact that the urea consumption is unreasonable is confirmed, the diagnosis module further confirms the specific reason through a urea consumption abnormity reason judgment strategy; (4) sequentially confirming whether a vehicle SCR system has faults or not, whether signals of temperature sensors on the upstream and downstream of the SCR are reasonable or not, whether the urea spraying starting temperature is set to be too high or not, the proportion of NOx emission and the spraying amount in the urea spraying state and whether the relation between the accumulated sprayed urea quality and the actual urea liquid level change is reasonable or not; (5) and (4) determining the root cause of unreasonable urea consumption according to the confirmation results of all links in the step (4).)

一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法

技术领域

本发明涉及一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法，属机动车排放控制技术领域。

背景技术

发动机排气中含有氮氧化物这种有害物质（简称NOx），其主要成分是NO和NO₂。NOx是发动机吸入气缸内的空气中的N₂和O₂在高温下的反应产物。国家排放法规对NOx的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值，要求超过相应限值的车辆必须产生必要且有区别的反应动作，以此达到控制NOx排放的目的。

SCR技术是选择性催化还原技术，是发动机控制NOx排放的主要技术，该技术最常见的形式是：利用尿素水溶液分解产生氨气，并且在SCR催化器的作用下，氨气与NOx发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入不同的尿素量，对NOx的排放量实现有效控制。

目前市面上最为常见的SCR系统是Urea-SCR系统，如图1所示。Urea-SCR系统使用AdBlue作为还原剂还原排气中的NOx，主要由SCR催化器、尿素混合器、尿素泵、尿素喷嘴、尿素罐总成、SCR控制单元（DCU）、SCR催化器上游温度传感器、SCR催化器下游温度传感器、SCR催化器上游NOx浓度传感器、SCR催化器下游NOx浓度传感器、尿素液位传感器、尿素温度传感器、尿素品质传感器等组成。图中，长的宽箭头表示还原剂流动方向，短的宽箭头表示排气流动方向，细实线箭头表示信号方向。

SCR系统工作时，SCR控制单元（DCU）从CAN总线读取转速、扭矩、喷油量、冷却水温度、增压压力、进气温度、排气温度、NOx传感器测得的上游NOx浓度（或通过NOx原排模型预估的上游NOx浓度）等信号，以此计算得到的废气质量流量、SCR系统热力学状态等作为控制算法的输入条件计算出系统所需的还原剂质量，再通过DCU控制尿素泵和尿素喷嘴等执行机构准确的喷入相应的还原剂。排气温度传感器测量值作为尿素喷射最重要的开关信号。

由于SCR系统需要消耗尿素溶液才能有效的发挥催化转化作用，而尿素溶液的消耗会带来用车成本的增加，因此目前在用车市场上存在的一些作弊方法都是围绕如何降低或切断尿素溶液消耗开展的：如将温度传感器垫高或拔出等行为，使其测量的温度在大部分时间内都低于SCR系统正常工作所需的温度，以此避免尿素喷射，以达到降低运营费用的目的。

OBD远程监管终端（后文简称终端）通常安装在车辆OBD诊断接口，可采集车辆在运行过程中的主要运行参数（如：转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度、SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等），并通过终端的GPRS模块（2G/4G）将数据按指定格式发送至机动车排放远程监管平台（后文简称平台）。

机动车排放远程监管平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，并对车载终端所上传的数据进行一系列地收集、处理、存储、计算、判断、展示和管理等操作，以实现相应的监管服务功能。

发明内容

本发明的目的是，为了解决对柴油车在使用过程中可能存在的尿素消耗量不合理行为进行远程诊断，提出一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法。

本发明实现的技术方案如下，一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法，所述方法通过终端以至少1Hz的频率采集发动机动态运行数据和静态数据，并上传至平台；平台将车辆上传的动态运行数据输入相应的诊断模块进行信号诊断；通过比对发动机排放数据和尿素实际消耗量数据之间的相关性，做出尿素喷射量是否合理的判断。

一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法，步骤如下：

（1）通过OBD远程监管终端采集目标车辆与尿素消耗量合理性诊断相关的动态运行参数（转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度或SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等）和车辆注册登记信息静态参数并上传至平台。

（2）平台接收到终端上传的数据后，通过两种方法综合确认尿素消耗量是否过低：方法一，当累计燃油消耗量和累计尿素消耗量的比例超过一定阈值后，认为尿素消耗过低；方法二，当发动机累计功和累计尿素消耗量的比例超过一定阈值后，认为尿素消耗过低。

（3）尿素消耗量合理性诊断模块的比例阈值模块特征参数是经过实车测试数据或平台至少5辆正常车辆的发动机和后处理运行数据标定后确定的，并且在诊断时需要借助平台对目标车辆静态参数部分的识别实现对某类车型的精确诊断。

（4）在确认尿素消耗量不合理后，诊断模块将进一步通过尿素消耗量异常原因判别策略对引发整车尿素消耗不合理的原因进行确认。

（5）首先计算 SCR系统工作时间占发动机总运行时间的比例，如果这一比例过低，则进一步通过读取故障码，确认SCR系统是否存在故障，如果存在故障则报出相关故障，没有故障则进一步确认SCR上、下游温度传感器信号是否合理；

（6）温度传感器信号诊断完成后，如果诊断结果为信号不合理，则报出温度传感器疑似作弊故障，否则需进一步确认SCR系统尿素起喷温度是否过高；如果起喷温度过高，则进行标识但不报警（OEM标定导致）。

（7）最后，再次确认在尿素喷射状态下，一段时间内累计喷射的尿素与发动机排放的NOx比例是否过低，如果这一比例过低，则同样进行标识但不报警（OEM标定导致）；

（8）如果喷射状态下的尿素消耗量和发动机原排NOx比例在合理范围内，但通过尾管排放的NOx和发动机原排NOx算得的NOx转化量过低，则进一步比对尿素喷射量的累计值和尿素液位变化信号之间的对应关系，如果一段时间内尿素喷射量明显高于尿素箱的液位变化量，则判断尿素未全部喷入SCR催化器中或存在虚假喷射的现象，报出喷射系统疑似作弊。

所述平台即机动车排放远程监管平台，所述平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，并对车载终端所上传的数据进行一系列收集、处理、存储、计算、展示和管理操作，实现相应的监管服务功能。

所述发动机动态运行数据包括发动机净输出扭矩、摩擦扭矩、油门踏板开度、燃油消耗率、发动机转速、车速、SCR上游温度传感器测量值或SCR下游传感器测量值、发动机运行时间、冷却液温度等。

所述目标车辆必须安装OBD远程监管终端，并且终端通过OBD接口所能够上传的数据至少包括转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度或SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等。

所述OBD远程监控终端必须将数据上传至统一的平台，平台通过已经标定过的诊断模块对尿素消耗量的合理性进行诊断并进一步确认根故障。

本发明的有益效果是，本发明方法能有效地完成对尿素消耗量合理性的诊断，并能够进一步识别出一系列可能导致这一不合理现象的原因，使得在用车SCR系统的非正常工作状态能够被有效识别，通过环保部门的精准监管进而提升SCR系统工作的有效性，为降低在用柴油车NOx排放做出实质贡献。

附图说明

图1为常见的Urea-SCR系统结构示意图；

图2为本发明OBD远程监管系统工作原理图；

图3为本发明远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性流程图；

图4为尿素消耗量合理性诊断方法原理图；

图5为尿素消耗量异常原因判别策略流程图；

图6为尿素喷射系统疑似作弊的诊断方法原理图。

具体实施方式

本实施例的Urea-SCR系统工作原理如图1所示。

Urea-SCR系统是本发明的主要诊断对象，其使用AdBlue（32.5%的尿素溶液，国内也简称“尿素”）作为还原剂还原排气中的NOx，主要由SCR催化器、尿素混合器、尿素泵、尿素喷嘴、尿素罐总成、SCR控制单元（DCU）、SCR催化器上游温度传感器或SCR催化器下游温度传感器、SCR催化器上游NOx浓度传感器（常见于国V 标准以上柴油车）、SCR催化器下游NOx浓度传感器、尿素液位传感器、尿素温度传感器、尿素品质传感器等组成。图中，长的宽箭头表示还原剂流动方向，短的宽箭头表示排气流动方向，细实线箭头表示信号方向。

SCR系统工作时，SCR控制单元（DCU）从CAN总线读取转速、扭矩、喷油量、冷却水温度、增压压力、进气温度、排气温度、NOx传感器测得的上游NOx浓度（或通过NOx原排模型预估的上游NOx浓度）等信号，以此计算得到的废气质量流量、SCR系统热力学状态等作为控制算法的输入条件计算出系统所需的还原剂质量，再通过DCU控制尿素泵和尿素喷嘴等执行机构准确的喷入相应的还原剂，达到消除排气中的NOx排放之目的。

本实施例OBD远程监管系统工作原理图如图2所示。

OBD远程监管终端通常安装在车辆OBD诊断接口，可通过CAN总线采集车辆在运行过程中的主要运行参数（如：发动机转速、进气质量流量、燃油消耗率、发动机净输出扭矩、SCR入口温度/SCR出口温度、尿素喷射量、尿素液位传感器信号、下游NOx传感器测量值等），并通过终端的4G模块将数据按制定格式发送至机动车排放远程监管平台。平台可接受安装在不同车辆上的终端所上传的数据，进行一系列数据预处理、存储、计算及判断等操作，以实现相应的功能。本实施例所述及的诊断方法即通过平台结合多车大数据实现。

本实施例远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性流程如图3所示。

本实施例一种远程诊断柴油车SCR系统尿素消耗量合理性的方法，包括以下步骤：

（1）通过OBD远程监管终端采集目标车辆的相关参数并上传至平台。

（2）平台比对一段时间内的累计燃油消耗量或发动机累计功和累计尿素消耗量的相对关系来确认尿素消耗量的合理性。

（3）确认尿素消耗量不合理后，诊断模块将通过尿素消耗量异常原因判别策略进一步确认具体原因。

（4）依次确认车辆SCR系统是否存在故障、SCR上下游温度传感器信号是否合理、尿素起喷温度是否设定过高、尿素喷射状态下的NOx排放与喷射量的比例、累计喷射的尿素质量与实际尿素液位变化关系是否合理。

（5）依据步骤（4）中各个环节的确认结果，确定出导致尿素消耗量不合理的根本原因。

本实施例对尿素消耗量合理性进行诊断的方法原理图如图4所示。

本实施例通过两种方法确认尿素消耗量是否过低。

第一种方法，通过比对较长的一段时间（8h的发动机运行时间）内累计消耗的尿素量和累计消耗的燃油量，既可以通过尿素喷射量和燃油消耗率对时间的积分获得，也可以通过平台历史数据对尿素加注动作/状态，燃油加注动作/状态的长期监控实现。当累计燃油消耗量和累计尿素消耗量的比例超过一定限值后，认为尿素消耗过低；

第二种方法，通过在较长的一段时间（8h的发动机运行时间）内对发动机累计功和累计尿素消耗量进行统计计算来实现尿素消耗量合理性的判断，当发动机累计功和累计尿素消耗量的比例超过一定限值后，认为尿素消耗过低。方法二的比例阈值需要借助对目标车辆静态参数部分的识别实现。

当上述两种方法都做出了尿素消耗量不合理的判断结果后，尿素消耗量合理性诊断模块才最终输出“尿素消耗量不合理”的诊断结果，诊断模块中的各类阈值等模块特征参数是经过实车测试数据或平台至少5辆正常车辆的发动机和后处理运行数据标定后确定的。

本实施例尿素消耗量异常原因判别策略如图5所示。

本实施例通过尿素消耗量异常原因判别策略对导致尿素喷射量不合理的具体原因进行判断，进而确定车辆在实际使用过程中是否存在人为作弊行为，具体的识别策略如下：首先，在确认尿素消耗量不合理后，诊断模块将进一步计算 SCR系统工作时间占发动机总运行时间的比例，如果这一比例过低则进一步通过读取故障码确认SCR系统是否存在故障，如果存在故障则报出相关故障；没有故障则进一步确认SCR上下游温度传感器信号是否合理；然后，当温度传感器信号诊断完成后，如果诊断结果为信号不合理则报出温度传感器疑似作弊故障，否则需进一步确认SCR系统尿素起喷温度是否过高，如果起喷温度过高则进行标识但不报警（OEM标定导致）。最后，再次对尿素喷射状态下一段时间内累计喷射的尿素与发动机排放的NOx之间的比例关系进行确认，如果这一比例过低，则同样进行标识但不报警（OEM标定导致）；如果喷射状态下的尿素消耗量和发动机原排NOx比例在合理范围内，但通过尾管排放的NOx和发动机原排NOx算得的NOx转化量过低，则进一步比对尿素喷射量的累计值和尿素液位变化信号之间的对应关系，如果一段时间内尿素喷射量明显高于尿素箱的液位变化量，则判断尿素未全部喷入SCR催化器中或存在虚假喷射的现象，做出“喷射系统疑似作弊”的诊断结果。

本实施例尿素喷射系统疑似作弊的诊断方法如图6所示。

本实施例对尿素喷射系统疑似作弊的诊断方法为：在发动机正常工作的条件下，平台通过对车辆上传的尿素喷射量数据对时间进行持续积分，计算出车辆工作8h所累计喷射的尿素质量。然后通过计算8h前后的尿素液位差（由于尿素液位会随着车辆姿态发生变化，因此需通过特定的滤波方法进行滤波），再结合车辆的尿素箱容积计算出这8h累计消耗的尿素体积，依据尿素溶液的密度计算出这8h累计消耗的尿素质量。

如果累计消耗的尿素质量（来自尿素存储系统信息）比累计喷射的尿素质量（来自尿素喷射系统信息）少25%以上，认为实际消耗量明显低于喷射量，做出“尿素喷射系统疑似作弊”的判断，该“尿素喷射系统疑似作弊”可能由两个原因导致：1.喷射量是真实的，但尿素未全部喷入SCR催化器中，有部分回流至尿素箱；2.上传至平台的尿素喷射量不是真实的喷射量，可能存在喷嘴喷***度不足或者提供虚假喷射报文的情况。上述2种情况均属于排放作弊行为。