一种scr催化反应箱老化的在线监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于氮氧化物治理领域，涉及到采用选择性催化还原（SCR)技术的尾气净 化技术，尤其是针对SCR催化反应箱由于各种原因导致的性能下降，转化效率不达标的情 况，通过一种在线监测方法对SCR催化反应箱的老化程度进行监控的技术方法。
【背景技术】
[0002] 随着柴油机国IV排放法规的实施，自2015年1月1日起，所有即将销售的柴油发 动机氮氧化物排放必须低于3. 5g/kWh。满足该排放法规要求，目前国内公认的主流技术路 线是采用SCR技术。
[0003] SCR技术在发动机上的基本工作原理是：在发动机排气管上安装一个SCR催化反 应箱，通过一套氨气喷射装置，将一定量的氨气（也可以是尿素水溶液、液氨等所有能够分 解之后产生氨气的物质）按照一定的速率喷射到具有一定容积的SCR催化反应箱内，氨气 会附着在SCR催化反应箱内的催化剂上。在一定的温度和空速条件下，排气管路中的氮氧 化物就会在催化剂的作用下被氨气还原成氮气和水，从而达到处理氮氧化物的目的。当氨 气喷射过多，或者SCR反应箱转化效率降低时，就会有一部分多余的氨从SCR催化反应箱出 口排出，造成二次污染。
[0004] 为了监控氮氧化物的处理程度，一般情况下会在SCR催化反应箱的出口安装有氮 氧化物传感器。该传感器可以提供尾气中氮氧化物的体积浓度，但是由于该传感器对氨气 具有交叉敏感性，所以当过量的氨气从SCR催化反应箱出口排出时，氮氧化物传感器反馈 的氮氧化物体积浓度会升高。
[0005] 当SCR催化反应箱由于老化导致其转化效率降低时，由于该老化程度并没有实时 反馈给氨气喷射装置，这样氨气喷射量就不会实时调整，部分氨气就无法参与氮氧化物的 还原反应，以氨气的形式排出，氮氧化物传感器反馈的氮氧化物体积浓度会升高。
【发明内容】
[0006] 本发明主要用于解决SCR催化反应箱老化程度的在线监测问题。监测流程见附 图1所示，设计的该诊断算法首先获取系统数据，见图1中101部分所示。根据已获取数据 进行分析，进入102部分的识别诊断要素，如果诊断要素齐全，则判断是否满足诊断条件， 如果不满足诊断条件，则继续停留在诊断要素识别阶段，如果满足诊断条件，则执行诊断算 法。103部分为执行诊断算法，此时需要考虑实际工况需要，如果工况发生变化，导致诊断算 法无法完成，则系统需要回到102部分的识别诊断要素阶段，如果诊断算法执行完成，则进 入104数据统计分析。数据统计分析主要是把103阶段执行时的参数进行统计分析。数据 分析之后进入105数据有效性检查阶段，主要用于检查前面环节的数据是否有效，如果数 据无效则回到102继续进行诊断要素识别，如果数据检查有效，则进入106老化结果输出阶 段，提供当前实时的SCR催化反应箱的老化程度。当105数据有效性检查通过时，证明该次 测试完成，并且数据有效，那么107部分的计时器就会重置，进入下一个计时周期，否则计 时器不会重置。计时器重置的是为了定期进行SCR催化反应箱的老化监测，一旦完成一次 有效的系统监测，则计时器就重新计时进入下一个监测周期，不断循环。
[0007] 上述一种SCR催化反应箱老化的在线监测方法，其特征在于：获取系统数据，所述 内容见图1中101部分所示，主要是采集新系统的原始数据，作为基准数据，也就是图2中 老化前的系统特征参数，该参数主要包括SCR催化反应箱入口温度TBasUp、出口温度TBasDn、空 速SVBas、SCR催化反应箱入口氮氧排放NBasUp、SCR催化反应箱出口氮氧排放N BasDn、氨气喷射 量（也可以是尿素水溶液、液氨等所有能够分解之后产生氨气的物质）QBas等。
[0008] 上述一种SCR催化反应箱老化的在线监测方法，其特征在于：识别诊断要素，所述 内容见图1中102部分所示，主要识别该系统运行的各个参数是否存在并且满足初始条件， 该条件主要是指各个参数的数值必须达到101环节提到的基准参数。如果该参数已经齐 全，则进入下一个阶段，否则继续等待。识别诊断要素是周期性的任务，根据106部分的计 时器进行周期性的识别诊断要求，而且还受到103和106环节输出结果的影响。如果不满 足诊断条件，则系统回到102识别诊断要素；如果执行诊断算法过程中断，则系统回到102 识别诊断要素；如果105的数据有效性检查没有通过，则系统回到102识别诊断要素。
[0009] 上述一种SCR催化反应箱老化的在线监测方法，其特征在于：执行诊断算法，见图 1中103部分的内容。执行诊断算法就是按照图2的要求完成一次系统监测，首先停喷氨气 (也可以是尿素水溶液、液氨等所有能够分解之后产生氨气的物质），系统运行一定时间， 排出SCR催化反应箱里面存储的氨；然后按照一定的氨氮比向排气管内喷射氨气（也可以 是尿素水溶液、液氨等所有能够分解之后产生氨气的物质），此时的氨氮比要求大于1。整 个过程中全程记录以下参数：SCR催化反应箱入口温度、出口温度、空速、SCR催化反应箱入 口氮氧排放、SCR催化反应箱出口氮氧排放、氨气喷射量（也可以是尿素水溶液、液氨等所 有能够分解之后产生氨气的物质）等。该过程需要时间可能要几分钟甚至更长，如果工况 发生变化，不能执行完成该诊断算法，则系统重新回到102环节。
[0010] 上述一种SCR催化反应箱老化的在线监测方法，其特征在于：数据统计分析，见图 1中104部分的内容。本环节主要是对103环节记录的参数进行统计分析和计算，记录的参 数必须包括图2中需要的参数，其中SCR催化反应箱老化程度的计算公式为：
[0011]
[0012] 其中Fage的范围为0-1，实际计算时，如果小于0,则认为等于0 ;如果大于1，则认 为等于1.等于〇表示系统没有老化，等于1表示系统完全老化，对氮氧化物没有任何处理 能力。
[0013] 上述一种SCR催化反应箱老化的在线监测方法，其特征在于：数据有效性检查，见 图1中105部分的内容。该环节是为了确认104环节中的数据是否有效，同时满足以下条 件则认为数据有效：
[0014] Teasup-TuJ < ΔΤ
[0015] I TBasDn_TDn I < Δ T
[0016] SVeas-SV I < ASV
[0017] I Nb瑪-Nj < Δ Nup
[0018] tBasl-t!> At
[0019] NDn-NBasDn> ΔΝηη
[0020] 其中：TBasUp和T Up分别表示SCR催化反应箱入口基准温度和某次测试温度；
[0021 ] TBasDn和T Dn分别表示SCR催化反应箱出口基准温度和某次测试温度；
[0022] SVBas和SV分别表示基准空速和某次测试空速；
[0023] NBasUp和N Up分别表示基准上游氮氧值和某次测试中上游氮氧值；
[0024] QBas和Q分别表不基准氨气喷射量和某次测试中氨气喷射量；
[0025] UP t i分别表示系统测试时，基准测试时氮氧值的最小值和某次测试时氮氧值 的最小值；
[0026] NDn和N BasDn分别表示系统测试时，待系统稳定后，某次测试中氮氧值的最终稳定值 和基准测试时氮氧值的最终稳定值；
[0027] Δ T表示温度容差；
[0028] Δ SV表示空速容差；
[0029] Δ Nup表示上游氮氧容差；
[0030] AQ表不氨气喷射量容差；
[0031] Δ t表示氮氧值达到最小所用时间容差；
[0032] Δ NDn表示最终氮氧值的容差；
[0033] ΔΤ、ASV、ΔΝυρ、AQ在不同的系统和不同的测试环境下，数值有所差异，需要根据 系统精度进行确定。
[0034] 当满足以上条件时，认为满足数据有效性检查，输出Fvld= 1，同时进入106环节进 行监测结果输出。如果以上三个条件有一个或多个不成立，则数据无效，输出Fvld=