基于NOx反馈和储氨预测的SCR催化器老化判定方法

摘要

本发明公开了一种基于NOx反馈和储氨预测的SCR催化器老化判定方法。本发明在国Ⅳ/欧Ⅳ柴油机SCR尾气后处理系统现有传感器及控制信号基础之上，通过所采集的信号实时预测SCR催化器理论储氨水平，结合催化器出口NOx反馈信号获得催化器的实际储氨能力预测值（活性涂层表面活性位密度），并与新鲜催化器理论参考值进行比较，从而得到量化的能够衡量催化器老化程度的老化系数。催化器老化程度判定结果可直接用于尿素喷射单元尿素水喷射剂量控制和SCR系统催化器相关OBD故障诊断。

主权项

基于NOx反馈和储氨预测的SCR催化器老化判定方法，其特征在于该方法具体是：根据CAN总线上获得发动机运行状态信息，包括发动机转速和油门开度，通过查取排气流量脉谱图和NOx浓度三维脉谱图，获得当前工况下的柴油机排气体积流量和排气中NOx浓度，该NOx浓度即是进入SCR催化器的尾气NOx浓度，根据当前工况尿素水喷射流量及柴油机排气体积流量，获得进入SCR催化器的尾气NH₃浓度；NH₃在流经SCR催化器时存在吸附和脱附反应，SCR催化器内部伴随着氨气的吸附和脱附、选择性催化还原反应的进行，其储氨水平也在实时变化；SCR催化器的实时储氨水平通过求解下述储氨模型获得，该模型中氨气吸附/脱附速率、NOx选择性催化还原反应速率均由阿伦尼乌斯化学反应速率方程表述，即：$\frac{\mathrm{d\theta }}{\mathrm{dt}}=A_1{e}^{-\frac{E_1}{\mathrm{RT}}}{C}_{{\mathrm{NH}}_3,\mathrm{in}}(1-\theta )-A_2{e}^{-\frac{E_2}{\mathrm{RT}}}\theta -A_3{e}^{-\frac{E_3}{\mathrm{RT}}}{C}_{{\mathrm{NO}}_X,\mathrm{in}}\theta -4A_4{e}^{-\frac{E_4}{\mathrm{RT}}}\theta$A₁、E₁为氨吸附反应的频率因子和活化能，A₂、E₂为氨脱附反应的频率因子和活化能、A₃、E₃为NOx还原反应的频率因子和活化能，A₄、E₄氨氧化反应的频率因子和活化能；为催化器入口NH₃浓度，单位为mol/m³；为催化器入口NOx浓度，单位为mol/m³；R为气体常数；T为催化器载体温度；θ为SCR催化器内部活性涂层表面氨覆盖率：根据催化器入口NH₃和NOx浓度、载体温度采集信息以及催化器初始氨存储状态，通过实时求解上述储氨模型，可获得实时SCR催化器内部活性涂层表面氨覆盖率θ随时间的变化；催化器储氨能力预测计算：首先，以脉谱图查得的催化器入口NOx浓度、排气流量，催化器入口NH₃浓度，催化器载体温度，再结合由NOx传感器获得的SCR催化器出口NOx浓度作为输入量，得到催化器内部氨表面覆盖浓度$C_{{\mathrm{NH}}_3\left(s\right)}=\frac{C_{{\mathrm{NO}}_x,\mathrm{in}}-C_{{\mathrm{NO}}_x,\mathrm{out}}}{A_3{e}^{-\frac{E_3}{\mathrm{RT}}}{C}_{{\mathrm{NO}}_x,\mathrm{in}}}·\frac{v_s}{1-ϵ}$其中，v_s为体积空速，可根据排气流量和催化器体积计算获得；ε为孔隙率；之后，根据当前工况下计算得到的实时催化器内部活性涂层表面氨覆盖率θ和氨气表面覆盖浓度计算SCR催化器实际储氨能力Ω：$\Omega =\frac{C_{{\mathrm{NH}}_3\left(s\right)}}{\theta };$假定新鲜催化器储氨能力参考值为Ω₀，则该催化器老化系数表示为：$\gamma =\frac{\Omega }{{\Omega }_0}$γ位于0和1之间，γ越小，催化器老化越严重。