一种尾气后处理实时监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种尾气后处理实时监测系统，包括：传感器层：负责传感器信号的采集，用作策略层的决策依据；驱动层：用于确保信号在硬件层稳定传输；信号处理层：对数字信号和模拟信号进行处理，供策略层使用；CAN通讯层：确保信号在CAN总线上稳定地收发；策略层：DOC、DPF和SCR各个决策模块根据传感器层的信号和信号处理层处理后的信号，采用基于模型的方法实现后处理系统状态的识别、反馈、决策；无线显示屏：显示实时信息，并对异常信息告警；以及ZigBee通讯协议。本发明专利技术针对后处理改造车辆，尤其是国三未带OBD系统的车辆，能实时提示车辆后处理系统的状态，如出现故障，可及时提示驾驶员进行维护、保养、更换等处理。更换等处理。更换等处理。

【技术实现步骤摘要】
一种尾气后处理实时监测系统


[0001]本专利技术涉及柴油车后处理信息系统领域，尤其是涉及一种尾气后处理实时监测系统。

技术介绍

[0002]柴油机具有较高的热效率、较好的燃油经济性、功率覆盖范围广及耐久性好等特点，在交通运输、工程机械、农业机械和船舶等领域得以广泛应用，柴油机是移动源NOx和颗粒物（PM）排放的主要贡献者，已成为制约其发展的主要因素之一，亟需重点解决。
[0003]氧化催化器（DOC）、催化型颗粒物捕集器（CDPF）和选择性催化还原（SCR）在柴油机尾气后处理得到了广泛的应用，为防止后处理系统在使用过程中出现堵塞、损坏、尿素喷射不正常等等一系列问题，需要对后处理系统的性能和状态进行实时监测，尤其是针对目前的改造车辆，很多车辆本身不带有OBD系统，驾驶员缺乏对实时的后处理信息的掌握，不能及时解决处理系统出现的问题，导致后处理系统产生更严重的问题，直至彻底损坏，还可能影响到行车安全。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种尾气后处理实时监测系统，在车辆进行后处理系统的改造后，配置基于ZigBee无线通讯的实时检测装置，不仅成本低，而且实用性强，满足不同改造车辆的需求。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种尾气后处理实时监测系统，包括：传感器层：负责传感器信号的采集，用作策略层的决策依据；驱动层：用于确保信号在硬件层稳定传输；信号处理层：对数字信号和模拟信号进行处理，供策略层使用；CAN通讯层：确保信号在CAN总线上稳定地收发；策略层：DOC、DPF和SCR各个决策模块根据所述传感器层的信号和所述信号处理层处理后的信号，采用基于模型的方法实现后处理系统状态的识别、反馈、决策；无线显示屏：显示实时信息，并对异常信息告警；以及ZigBee通讯协议。
[0006]进一步地，传感器包括但不限于布置在排气管入口的第一NOx传感器、第一温度传感器；布置在DOC出口的第二温度传感器、布置在DOC两端的压差传感器；布置在SCR入口的第二NOx传感器、第三温度传感器；布置在SCR出口的第三NOx传感器、NH3传感器、第五温度传感器；液位传感器、第四温度传感器。
[0007]进一步地，驱动层包括但不限于MCU驱动、EEPROM驱动、通讯驱动和I/O驱动。
[0008]进一步地，信号处理层包括处理传感器采集的信号的内部信号处理模块，和处理CAN总线的信号的外部信号处理模块。
[0009]进一步地，CAN通讯层包括系统服务通讯层、内存服务通讯层和通讯服务通讯层。
[0010]进一步地，策略层包括DOC策略、DPF策略和SCR策略。
[0011]进一步地，DOC策略是基于压差参数对故障的敏感性提出了故障诊断参数K，能够判断出故障程度及破损、堵塞的故障类型。
[0012]DOC两端的压差随着DOC破损程度的增加，DOC对排气的阻力减小，因此两端的压差逐渐减小。
[0013]DOC两端的压差随着DOC堵塞程度的增加，DOC的流通面积逐渐减小，对于排气的阻碍作用增强，导致两端的压差增加。
[0014]因此，DOC两端的压差与排气体积流量基本呈线性相关，压差随着排气体积流量的增大而增大，因此提出一个用于故障诊断的参数K，该参数的计算公式为：
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（1）式中：p为DOC两端的压差；v为流过DOC的体积流量；T为气体的温度。
[0015]更进一步地，所述故障诊断参数K，依据采集不同运行条件下DOC两端的温度、压差以及发动机排气流量数据，绘制K值平滑曲线，利用未知不同故障类型的DOC故障特征参数K与正常状态的DOC参数K之间的偏移方向与偏移量，来对故障类型和故障程度进行分析判断。偏移方向表征着不同的故障类型，参数K向上偏移表明发生堵塞故障，向下偏移表明发生破损故障，偏移量表征着故障程度，偏移量越大表明故障程度越深。
[0016]进一步地，DPF策略，通过碳载量计算模型，进行故障诊断识别，包括DPF移除诊断、DPF超载诊断、DPF捕集效率下降诊断、DPF泄漏故障诊断、DPF堵塞故障诊断、DPF物理老化诊断、DPF不完全再生诊断和DPF频繁再生诊断。
[0017]碳载量计算模型利用DPF的加载过程进行离散化求和，将作为单位时间，内发动机的工况视为不变，读取ｔ时刻，发动机的工况、油耗、排气流量，根据排放万有特性曲线，确定时间内发动机颗粒物的原排量，根据DOC、DPF前后排温和载体基本参数，确定O2、NO2对颗粒物的氧化量，求出时间碳载量的变化量，最后通过对时间的积分得到DPF碳载量。
[0018]DPF移除诊断，通过读取布置在DPF上游与下游压力传感器的压差，分析捕集器前后位置压力传感器压差的变化规律，进行对比，然后将所得结果作为诊断依据，对催化器是否移除进行诊断。
[0019]DPF超载诊断，考虑到碳烟加载量对DPF本身造成的危害，以及DPF对热应力以及热冲击的承受能力，基于流阻的碳载量模型与碳载量理论计算模型，对DPF碳载量进行评估，与碳载量阀值对比，判断DPF是否发生过载，并针对过载状态，确定相应的响应措施。
[0020]DPF捕集效率下降诊断，DPF捕集效率下降后，碳颗粒数量和质量都会增加，造成PM排放超标，环境污染，在满足诊断工况的情况下，对一定时间内，通过压差传感器压差变化反映实际捕获的碳载量，通过碳载量模型计算生成的碳载量进行比较，确定DPF6捕集效率是否下降。
[0021]DPF泄漏故障诊断，DPF在行车过程中因频繁受到热冲击、机械冲击等因素，易发生烧毁断裂等故障，使得排气经过捕集器时发生泄漏，导致捕集效率出现一定幅度的下降甚至失效，排放恶化。当DPF发生泄漏，基于碳载量计算模型求得的M1，将大于基于DPF前后压降排气流量反查得到的碳载量M2。将M2作为颗粒物实际捕集量，M1为理论上应该捕集的质
量，若（M1
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M2）/ M2大于门限值，则确认发生泄漏故障。
[0022]DPF堵塞故障诊断，当DPF发生严重堵塞，排气背压过高，会导致燃烧恶化、发动机熄火无法启动，严重情况有损坏捕集器甚至发动机的风险，影响发动机使用寿命。通过将压差传感器5实时测量的压差，和由体积流量Q
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与碳载量理论计算模型所求得的碳载量M1反查的压差进行比较，为设置故障限值系数，大于1.2，确定DPF是否堵塞，压差实测值超出了设定的压差高限值，说明此时DPF堵塞，需点亮故障指示灯。
[0023]DPF物理老化诊断，DPF的正常老化，不会导致过滤效率降低，会导致DPF流阻变大，因此将流阻作为一个老化判断依据，可在清除灰分后，将DPF的流阻与原始过滤体的排气阻力进行比较，分析DPF老化程度，超过一定限制则DPF老化严重需更换。
[0024]DPF不完全再生诊断，DPF再生阶段由于工况、温度不合适，会导致再生时间较长或不完全再生，捕集器发生不完全再生后，捕集器中存在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尾气后处理实时监测系统，其特征在于，包括：传感器层：负责传感器信号的采集，用作策略层的决策依据；驱动层：用于确保信号在硬件层稳定传输；信号处理层：对数字信号和模拟信号进行处理，供策略层使用；CAN通讯层：确保信号在CAN总线上稳定地收发；策略层：DOC（3）、DPF（6）和SCR（11）各个决策模块根据所述传感器层的信号和所述信号处理层处理后的信号，采用基于模型的方法实现后处理系统状态的识别、反馈、决策；无线显示屏：显示实时信息，并对异常信息告警；以及ZigBee通讯协议。2.根据权利要求1所述的一种尾气后处理实时监测系统，其特征在于，所述传感器包括但不限于布置在排气管入口的第一NOx传感器（1）、第一温度传感器（2）；布置在DOC（3）出口的第二温度传感器（4）、布置在DOC（3）两端的压差传感器（5）；布置在SCR（11）入口的第二NOx传感器（7）、第三温度传感器（8）；布置在SCR（11）出口的第三NOx传感器（12）、NH3传感器（13）、第五温度传感器（18）；液位传感器（14）、第四温度传感器（16）。3.根据权利要求1所述的一种尾气后处理实时监测系统，其特征在于，所述驱动层包括但不限于MCU驱动、EEPROM驱动、通讯驱动和I/O驱动。4.根据权利要求1所述的一种尾气后处理实时监测系统，其特征在于，所述信号处理层包括处理传感器采集的信号的内部信号处理模块，和处理CAN总线的信号的外部信号处理模块。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼狄明，康路路，石健，谭丕强，张允华，房亮，
申请(专利权)人：移动源后处理技术河南研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：