一种适用于低热容scr催化器的尿素品质在线检测方法
阅读说明：本技术 一种适用于低热容scr催化器的尿素品质在线检测方法 (Urea quality online detection method suitable for low heat capacity SCR (Selective catalytic reduction) catalyst ) 是由 岳广照 张铁柱 张益瑞 曲宝军 田广东 于 2021-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明一种适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法,包括步骤：S1：计数器复位,检测前清零；S2：边界条件判定,催化器上下游排温差值在设定范围内,且上游排温大于最低设定值,尿素箱液位正常,上游和下游氮氧化物传感器正常工作；S3：喷射尿素执行算法运算；按照设定多次喷射设定质量的尿素,计算实际氮氧转化效率因子,实际氮氧转化效率因子与设定值比较,实际氮氧转化效率因子大于设定值分子计数器和分母计数器均自加一,否则分母计数器自加一；S4：输出检测结果,分子计数器数值和分母计数器数值的比值是否在设定范围内。本发明利用车辆电控系统现有的传感器,通过一系列步骤和算法进行尿素品质判断,成本低而且判断准确率高。(The invention relates to an on-line urea quality detection method suitable for a low-heat-capacity SCR (selective catalytic reduction) catalyst, which comprises the following steps of: s1: resetting the counter and resetting before detection; s2: judging boundary conditions, wherein the difference value of the exhaust temperatures of the upstream and the downstream of the catalytic converter is in a set range, the upstream exhaust temperature is greater than the lowest set value, the liquid level of the urea box is normal, and the upstream and the downstream nitrogen oxide sensors work normally; s3: urea is injected to execute algorithm operation; calculating an actual nitrogen-oxygen conversion efficiency factor according to the set urea with the set mass injected for multiple times, comparing the actual nitrogen-oxygen conversion efficiency factor with a set value, wherein the actual nitrogen-oxygen conversion efficiency factor is larger than the set value, and a numerator counter and a denominator counter are both added by one, otherwise, the denominator counter is added by one; s4: and outputting a detection result, and judging whether the ratio of the numerator counter value to the denominator counter value is in a set range. The method utilizes the existing sensor of the vehicle electric control system to judge the urea quality through a series of steps and algorithms, and has low cost and high judgment accuracy.)
技术领域
本发明涉及柴油车或者柴油机用尿素品质检测技术领域，更具体的说是涉及一种适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法。
背景技术
随着大气环境的日益恶化和计算机技术的快速发展，柴油车排放法规逐步升级，自2015年1月1日起，柴油车必须达标第四阶段排放法规，该阶段的氮氧化物排放必须低于3.5g/kWh。2021年7月份全国范围内将统一实施第六阶段排放法规，此时氮氧化物排放必须低于0.046g/kWh，这一阶段也对尿素品质提出了严格的要求，当尿素品质不达标时需要报出故障，并指示驾驶员进行尿素更换，所以尿素品质的检测就显得特别重要。
SCR系统对尿素溶液的基本要求：柴油车用尿素水溶液为质量浓度为32.5％的尿素水溶液，并且没有杂质，达到国标GB29518-2013的相关要求，否则就认为尿素品质不达标。如果尿素溶液浓度达不到32.5％，则会导致实际氮氧转化效率偏低。如果尿素溶液浓度超过32.5％，则会导致氨泄漏，引起二次污染。国标GB29518-2013中规定了尿素溶液浓度范围为31.8％～33.2％，偏离这个范围的尿素溶液都是不达标的。
在车辆故障诊断系统中对尿素品质有了明确要求。SCR系统必须对尿素品质进行检测，一般情况下会采用尿素品质传感器，但是由于尿素液位波动引起的气泡会影响尿素品质传感器的检测结果，容易出现误判而且也会增加系统成本。
因此，如何提供一种适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法，利用车辆电控系统现有的传感器，通过一系列步骤和算法进行尿素品质的识别和判断，成本低而且判断准确率高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法，包括以下步骤：
S1：计数器复位，车辆ECU在进行检测前，分子计数器和分母计数器清零；
S2：边界条件判定，催化器上下游排温差值在设定范围内，且上游排温大于最低设定值，尿素箱液位正常，上游和下游氮氧化物传感器正常工作；
S3：喷射尿素执行算法运算；按照设定多次喷射设定质量的尿素，每次喷射后根据尿素喷射量实际值、尿素喷射量理论值计算出实际氮氧转化效率因子，所述实际氮氧转化效率因子与设定值比较，所述实际氮氧转化效率因子大于设定值分子计数器和分母计数器均自加一，所述氮氧转化效率因子小于设定值分母计数器自加一；
S4：输出检测结果，分子计数器数值和分母计数器数值的比值在设定范围内时尿素品质为合格，否则不合格。
优选的，在步骤S2中，所述催化器上下游排温差值在10℃～40℃之间。
优选的，在步骤S2中，所述催化器上游排温的最低设定值为180℃。
优选的，在步骤S3中，喷射尿素的喷嘴设置在所述催化器上游排温测点之后。
优选的，在步骤S3中，所述尿素喷射量理论值的计算公式为
式中，其中fac为理论氮氧转化效率因子，催化器温度在180℃～220℃区间时该因子为0.1～0.3，NOxUp表示上游氮氧浓度，NOxDn表示下游氮氧浓度，dmExh表示废气流量，Cnst为系统常数。
所述实际氮氧转化效率因子Facreal的计算公式为
式中，QntReal为尿素喷射量实际值、QntCalc为尿素喷射量理论值。
优选的，在步骤S3中，喷射设定质量的尿素的喷射次数不少于3次，且每次喷射之前重新进行所述步骤S2，所述边界条件不满足设定时退出检测程序。
优选的，在步骤S3和S4之间还包S3-1数据有效性检查，满足以下条件时，表示数据有效并进入步骤S4：分子计数器数值ResNum≥0、分母计数器数值ResDen>m，m为分母设定阈值。
优选的，所述分子计数器数值和分母计数器数值的比值ResFin所在范围为：0<ResFin<ResOk。
优选的，ResOk根据不同的温度区间有所区分，当催化剂温度处于180℃～220℃区间时，ResOk取值为0.4。
优选的，每次柴油发动机启动后，达到检测边界条件时就会触发一次尿素品质检测，并且每个驾驶循环只进行一次检测。
经由上述的技术方案可知，与现有本发明采用现有车载传感器采集的信息，通过试喷射尿素的方式，测量喷射后的氮氧转化效果并进行计算评价，进而得出尿素品质是否合格。通过步骤边界条件判定，能够有效排出非尿素水溶液问题导致的氮氧化物转化效果变化的因素，使得检测更加准确。本发明适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法，利用车辆电控系统现有的传感器，通过一系列步骤和算法进行尿素品质的识别和判断，成本低而且判断准确率高。
此外，通过多次喷射尿素并进行相应的计算，保证了数据的稳定性，判断结果更加准确可靠；而且，不符合边界条件时，跳出检测程序，避免了误检测，提高了检测数据的可信度。通过控制每个驾驶循环只进行一次检测，保证了驾驶前对车辆尾气进行检测，发现尿素品质有问题时，及时进行更换。
附图说明
下面结合
附图说明
对本发明作进一步说明。图1为本发明适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法，利用车辆电控系统现有的传感器，通过一系列步骤和算法进行尿素品质的识别和判断，成本低而且判断准确率高。
下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明主要用于解决尿素品质检测的问题，如图1所示，在于具体实施方式中包括以下步骤：
S1：计数器复位，车辆ECU在进行检测前，分子计数器和分母计数器清零，此时发动机ECU上电，系统初始化完成后进行计数器重置，此时故障检测的分子计数器和分母计数器分别复位到零。
S2：边界条件判定，催化器上下游排温差值在设定范围内，且上游排温大于最低设定值，尿素箱液位和温度正常，上游和下游氮氧化物传感器正常工作。发动机启动后，排气温度上升，对于低热容的SCR催化器，催化器的温度与尾气的温度相当，可以利用催化器上下游的温度计算得到催化器内部的温度。所述催化器上游排温T1，下游排温T2，尿素液位TnkLvlr，尿素温度TTank，上游NOx工作状态NOxUpSt，下游NOx传感器工作状态NOxDnSt，当满足以下条件时进入下一步。
THi>|T1-T2|>TLo
T1>TLim
TnkLvlr>TnkLvlLim
TTank>TLimTank
NOxUpSt＝NOxDnSt＝NOxnormSt
其中，TLo表示SCR催化器上下游排温差值的最小值；THi表示SCR催化器上下游排温差值的最大值；TLim表示催化器上游排温的最小值；TnkLvlLim表示尿素液位最小值；TLimTank表示尿素温度最小值，一般取值为零下5℃；NOxnormSt表示NOx状态为正常状态，此时可以正确读取氮氧浓度信息。
S3：喷射尿素执行算法运算；按照设定多次喷射设定质量的尿素，每次喷射后根据尿素喷射量实际值、尿素喷射量理论值计算出实际氮氧转化效率因子，所述实际氮氧转化效率因子与设定值比较，所述实际氮氧转化效率因子大于设定值分子计数器和分母计数器均自加一，所述氮氧转化效率因子小于设定值分母计数器自加一。
S4：输出检测结果，分子计数器数值和分母计数器数值的比值在设定范围内时尿素品质为合格，否则不合格。
本发明采用现有车载传感器采集的信息，通过试喷射尿素的方式，测量喷射后的氮氧转化效果并进行计算评价，进而得出尿素品质是否合格。通过步骤边界条件判定，能够有效排出非尿素水溶液问题导致的氮氧化物转化效果变化的因素，使得检测更加准确。本发明适用于低热容SCR催化器的尿素品质在线检测方法，利用车辆电控系统现有的传感器，通过一系列步骤和算法进行尿素品质的识别和判断，成本低而且判断准确率高。
在本发明的一具体实施方式中，在步骤S2中，所述催化器上下游排温差值在10℃～40℃之间。
具体而言，在步骤S2中，所述催化器上游排温的最低设定值为180℃。
具体而言，在步骤S3中，喷射尿素的喷嘴设置在所述催化器上游排温测点之后。
此时SCR催化器的温度在180℃～220℃的区间内，催化还原反应进行的非常缓慢。然而上游排温超过180℃，尿素喷射时候可以充分进行水解和热解。尿素喷嘴安装在催化器上游排温测点之后，该位置的温度与催化器上游尾气温度基本一致，所以此时尿素水解和热解的效果较好，几乎可以全部转化为氨气。
在本发明的一具体实施方式中，在步骤S3中，所述尿素喷射量理论值的计算公式为
式中，其中fac为理论氮氧转化效率因子，催化器温度在180℃～220℃区间时该因子为0.1～0.3，NOxUp表示上游氮氧浓度，单位为ppm，NOxDn表示下游氮氧浓度，单位为ppm，dmExh表示废气流量，单位为kg/h，Cnst为系统常数。当SCR催化器的温度在180℃～220℃区间时，SCR的反应非常弱，转化效率低于30％。与高温区间相比，该温度区间，SCR转化效率受温度的影响较小。
所述实际氮氧转化效率因子Facreal的计算公式为
式中，QntReal为尿素喷射量实际值，单位为ml/h，QntCalc为尿素喷射量理论值，单位为ml/h。
在本发明的一具体实施方式中，在步骤S3中，喷射设定质量的尿素的喷射次数不少于3次，且每次喷射之前重新进行所述步骤S2，所述边界条件不满足设定时退出检测程序。其中检测的过程中，每次固定尿素喷射量，首次尿素喷射量为QntReal 1，第n次测试对应的尿素喷射量为DosInjn。
通过多次喷射尿素并进行相应的计算，保证了数据的稳定性，判断结果更加准确可靠；而且，不符合边界条件时，跳出检测程序，避免了误检测，提高了检测数据的可信度。
在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，在步骤S3和S4之间还包S3-1数据有效性检查，满足以下条件时，表示数据有效并进入步骤S4：分子计数器数值ResNum≥0、分母计数器数值ResDen>m，m为分母设定阈值，默认值为3。
具体而言，所述分子计数器数值和分母计数器数值的比值ResFin所在范围为：0<ResFin<ResOk。
具体而言，ResOk根据不同的温度区间有所区分，当催化剂温度处于180℃～220℃区间时，ResOk取值为0.4。
在本发明的一具体实施方式中，每次柴油发动机启动后，达到检测边界条件时就会触发一次尿素品质检测，并且每个驾驶循环只进行一次检测。
通过控制每个驾驶循环只进行一次检测，保证了驾驶前对车辆尾气进行检测，发现尿素品质有问题时，及时进行更换。
现以一具体实施例进行说明：以配有SCR系统的国V排放水平柴油机为例，柴油机排量为3.8L，此时选择质量浓度15％的尿素水溶液。
由于尿素水溶液质量浓度不是32.5％，所以本次测试应该能够检测出尿素品质存在故障。
S1计数器复位：当发动机启动后，ECU完成了初始化，此时把计数器的分子ResNum置零，分母ResDen置零，此时输出结果ResFin也为零。
S2边界条件判定：边界条件主要包含催化器上游排温T1，催化器下游排温T2，尿素液位TnkLvlr，尿素温度TTank，上游NOx工作状态NOxUpSt，下游NOx传感器工作状态NOxDnSt。实时监测边界条件，在发动机运行到200s的时候，边界条件满足设定值，各参数如下所示：
T1＝205℃
T2＝178℃
TLo＝10℃
THi＝40℃
TnkLvlr＝65％
TTank＝26℃
TnkLvlLim＝25％
TLimTank＝-5℃
S3：喷射尿素执行算法运算：当边界条件满足时，自动进行执行诊断算法，并且进行了4个不同尿素喷射量的检测，此时根据要求采集相应的运行参数，如下表所示：
进一步，分别分析每次检测的数据，则数据分析如下表所示。
S4：输出检测结果，此时设定facLim为1.2，根据S3中的评价结果，可知4次有效测试过程中，有3次测试显示尿素品质不合格，因此本测试的最后结论为：尿素品质不合格。车辆ECU将判断结果反馈到车载人机交互界面或者发出报警信息，提示需要更换尿素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。