SCR催化剂硫中毒快速诊断系统及方法

本发明涉及柴油机尾气后处理，特别是涉及一种scr(车用选择性催化还原，selective catalytic reduction，scr)催化剂硫中毒快速诊断系统及方法。

背景技术：

1、柴油机尾气中包含大量氮氧化物，如不进行处理，会对环境造成污染。如酸雨、光化学烟雾等自然灾害都是氮氧化物过度排放的后果。而在排放法规要求越来越严格的当下，为使氮氧化物的排放满足要求，一般使用scr系统对尾气进行处理，即在scr催化剂的作用下，向尾气中通入氨气，从而对氮氧化物进行催化还原。发生的催化还原反应主要包括以下两个：

2、标准scr反应：4no+4nh3+o2→4n2+6h2o

3、快速scr反应：no+no2+2nh3→2n2+3h2o

4、然而，柴油机常常使用硫含量较高的柴油，这类柴油在燃烧后常常生成二氧化硫、三氧化硫等硫氧化物。这类硫氧化物会与催化剂，尤其是铜基催化剂上的活性位点反应，使活性位点失活，从而使催化剂发生“硫中毒”。“硫中毒”现象会极大地影响催化剂活性。一般情况下，“硫中毒”的催化剂可以通过加热恢复活性，然而当硫中毒长期发生时，一部分催化剂会发生永久失活，也就是发生不可逆的硫中毒。这一方面会大幅削弱scr反应的催化效果，造成严重环境污染，另一方面也会造成严重经济损失。因此，在硫中毒发生的早期就对其进行准确识别非常重要。

5、现有硫中毒诊断技术都存在诊断不及时或诊断误差率较高等问题，都会使得硫中毒现象无法第一时间识别出，可靠性均不高。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服现有技术的不足和缺陷，而提供一种scr催化剂硫中毒快速诊断系统及方法。

2、本发明的第一方面，提供一种scr催化剂硫中毒快速诊断系统，其应用于车辆排放后处理装置scr的硫中毒判断，包括硫中毒诊断模型，该硫中毒诊断模型包括依次顺序连接的一个scr模型、一个前温度传感器故障诊断模块、一个后温度传感器故障诊断模块、一个前nox传感器故障诊断模块、一个后nox传感器故障诊断模块、一个尿素泵故障诊断模块及一个硫中毒模型；

3、所述scr模型包含氨气吸附催化剂反应、氨气解附催化剂反应、氧化反应和scr反应共四个反应；scr向模型输入参数包括尾气体积流量(scr系统进气流量)、催化器体积、催化器出口温度、scr入口温度、氮氧化物入口浓度、氨气入口浓度、四个反应的指前因子和活化能、初始催化剂氨覆盖率、环境温度；通过计算后scr模型输出反应后的催化剂氨覆盖率、氮氧化物出口浓度、氨气出口浓度、催化器出口温度；

4、所述前温度传感器故障诊断模块，用于基于计算出的scr催化器入口处实际温度，对scr催化器入口处温度传感器是否发生故障进行诊断；所述后温度传感器故障诊断模块，用于基于scr模型中计算得到的催化器出口温度，对scr催化器出口处温度传感器是否发生故障进行诊断；所述前nox传感器故障诊断模块，用于基于对催化器上游nox浓度的快速计算结果，对scr催化器入口处nox传感器是否发生故障进行诊断；所述后nox传感器故障诊断模块，用于基于scr模型中计算得到的氮氧化物浓度，对scr催化器出口处nox传感器是否发生故障进行诊断；所述尿素泵故障诊断模块，用于对尿素泵喷射过程是否发生故障进行诊断，包括基于尿素泵喷嘴截面系数k0判断喷嘴是否堵塞以及基于氨覆盖率与下游采集到的氨泄露量诊断尿素喷射是否过量；

5、所述硫中毒模型基于化学反应动力学计算结果，对硫中毒进行诊断，包含二氧化硫吸附反应、可逆硫中毒反应和不可逆硫中毒反应共三个反应以及一组硫氧化物预设浓度；向硫中毒模型中输入的参数包括起始调用时刻、终止调用时刻、催化剂体积、反应温度、氮氧化物入口浓度、氨气入口浓度、反应前催化剂氨覆盖率、三个反应的指前因子和活化能；硫中毒模型计算不同so2虚拟浓度下，一段历史时间内scr催化剂表面氨覆盖率变化情况，根据氨覆盖率变化情况进行nox排放量预测；若在全部预定的so2浓度下，nox的排放量预测精度都不符合设定阈值，则结束本次诊断，继续保持对发动机排气监测；若预定so2虚拟浓度下，nox的排放量预测精度符合设定阈值，则继续以该so2虚拟浓度计算未来一段时间内nox的排放量并与实际情况对照，若未来nox实际排放量与nox排放量预测值相符，则判定发生硫中毒。

6、其中，所述前温度传感器故障诊断模块，包含一个温度map，用于快速计算出scr催化器入口处实际温度，将结果与传感器温度进行比较，以判断传感器是否故障。

7、其中，所述后温度传感器故障诊断模块的诊断方式为，提取scr模型中计算得到的催化器出口温度，与传感器温度进行比较，以判断传感器是否故障。

8、其中，所述前nox传感器故障诊断模块，用于在催化器上游nox浓度和发动机工况间建立map，对催化器上游nox浓度的快速计算，将结果与传感器浓度进行比较，以判断传感器是否故障。

9、其中，所述后nox传感器故障诊断模块的诊断方式为，提取scr模型中计算得到的氮氧化物浓度，与传感器浓度进行比较，以判断传感器是否故障。

10、其中，所述尿素泵故障诊断模块，包括尿素泵喷嘴堵塞诊断单元和尿素喷射过量诊断单元，各自用于诊断喷嘴是否堵塞与尿素喷射是否过量。

11、其中，所述尿素泵喷嘴堵塞诊断单元，用于根据催化器入口氨浓度和尿素溶液喷射质量流量，计算出尿素泵喷嘴截面系数k0，当k0低于阈值时，诊断为喷嘴堵塞。

12、其中，所述尿素喷射过量诊断单元，用于综合氨覆盖率以及下游采集到的氨泄露量进行分析，当两者均高过设定的阈值时，诊断为尿素喷射过量。

13、其中，所述硫氧化物浓度从100ppm到1000ppm。

14、本发明的第二方面，提供一种scr催化剂硫中毒快速诊断方法，基于本发明的第一方面所述scr催化剂硫中毒快速诊断系统实现，在车辆行驶过程中，ecu时刻保持对nox转化率的监控；当ecu识别出scr的nox转化率下降时，记录此时时刻并引入下一时刻数据，若一段连续第一预设时间段未出现异常，则结束调用流程；当第二预设时间段内超过75％的时刻nox转化率都低于85％，开始调用诊断流程；

15、通过scr模型计算氨覆盖率、氮氧化物浓度、氨浓度以及催化器出口温度；当催化器出口温度低于200℃时，确认nox转化率低为温度原因导致，中断诊断流程；若催化器出口温度在200℃以上，则调用前温度传感器故障诊断模块和后温度传感器故障诊断模块，若诊断出温度传感器故障，则向ecu报错并中断诊断流程；若温度传感器无故障，则调用前nox传感器故障诊断模块和后nox传感器故障诊断模块，若诊断出nox传感器故障，则向ecu报错并中断诊断流程；若nox传感器无故障，则调用尿素泵故障诊断模块，分别进行喷嘴堵塞和尿素喷射过量故障诊断，若诊断出尿素泵故障，则向ecu报错并中止诊断流程；如果未能判断出故障位置，则调用硫中毒模型进行诊断；

16、硫中毒模型中包含预设好的多组so2浓度，通过计算得到，若发生硫中毒时，不同so2浓度影响下的催化剂表面活性位点占用情况，结果与原始输入到scr模型中的氨覆盖率相乘，作为scr模型新氨覆盖率输入，以新输入再次调用scr模型计算；若某个so2预设浓度下，以新氨覆盖率计算得到的氮氧化物浓度变化情况与实际相符，则诊断发生硫中毒，此时实际的so2浓度与对应的该so2预设浓度最接近。

17、本发明能实现在scr发生故障时，要能够及时进行识别，并能准确判断出硫中毒是否发生，从而解决了了现有硫中毒诊断技术都存在诊断不及时或诊断误差率较高等问题，都会使得硫中毒现象无法第一时间识别出，可靠性均不高。