CN104612791A - 一种scr系统闭环控制尿素溶液喷射量方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法及其系统，其中控制尿素溶液喷射量方法包括：测量并传输SCR催化器温度信号、测量并传输NH3泄漏量反馈信号、测量并传输NOx流量值、计算并发出最终尿素溶液喷射量；控制尿素溶液喷射量系统包括SCR催化器（1）、尿素喷射控制器（2）、排气温度传感器（3）、NH3传感器（4）、尿素喷射计量泵（5）和NOx传感器（6），排气温度传感器（3）、NH3传感器（4）、尿素喷射计量泵（5）、NOx传感器（6）分别与尿素喷射控制器（2）电连接。能够区分在SCR催化器温度两种不同情况下，实现更加精确控制尿素溶液喷射量。

Description

一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法及其系统
技术领域
本发明涉及SCR系统控制尿素溶液喷射量方法，更具体地说涉及一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法及其系统，属于发动机后处理控制技术领域。
背景技术
汽车SCR系统能够有效降低重型柴油机车NOx的排放；同时，为了满足柴油机的排放要求，需要考虑NH3的泄漏问题。目前，关于SCR系统的控制包括SCR系统开环控制和NOx传感器闭环控制两类。
SCR系统开环控制能够达到最高的NOx转化效率；但是，其具有较高的NH3泄露量，且其控制精度受外界因素影响较大，很难进一步提高。NOx传感器闭环控制能够获得较高的NOx转换率和较低的NH3泄露量，但是由于受到NOx传感器灵敏度的限制，其只能在稳态条件下能够获得较好的结果，适用范围较窄。
中国发明专利申请公布号：CN101818679A、申请公布日：2010年9月1日、名称为《车用SCR系统闭环控制系统及相关控制方法》的发明专利申请中，公开了一种车用SCR系统闭环控制系统及相关控制方法，包括SCR催化转化器、尿素喷头、尿素计量喷射控制器和NH3浓度监测装置，SCR催化转化器包括壳体和设置在壳体中串联的NOx催化转化器与NH3催化氧化器，NH3浓度监测装置是NH3传感器；其控制方法将NH3浓度和尿素计量喷射控制器中的设定值进行进行比较并根据比较结果控制尿素喷头动作。但是，该发明专利申请的只是将NH3传感器中的NH3浓度信号与尿素计量喷射控制器中的设定值进行简单的比较，因此系统抗干扰性能比较差、稳定性不强。
发明内容
本发明针对现有的SCR系统控制具有较高的NH3泄露量、或者适用范围较窄、或者系统抗干扰性能比较差等缺陷，提供一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法及其系统。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法，包括以下步骤：
测量SCR催化器进口和出口的温度，并将该SCR催化器温度信号传输给尿素喷射控制器；
测量NH3泄漏量，并将该NH3泄漏量反馈信号传输给尿素喷射控制器；
测量NOx流量值，并将该NOx流量值信号传输给尿素喷射控制器；
接收SCR催化器温度信号，接收NH3泄漏量反馈信号，接收NOx流量值信号，标定NH3表面覆盖率参考值，计算出尿素溶液基础喷射量，在标定时间内对SCR催化器温度趋势进行判断，计算出尿素溶液补充量，根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，计算最终尿素溶液喷射量＝尿素溶液补充量+修正后的尿素溶液喷射量，发出最终尿素溶液喷射量信号；
接收最终尿素溶液喷射量信号，实现最终尿素溶液喷射，并传输尿素溶液喷射量信号给尿素喷射控制器。
所述的尿素溶液补充量为根据标定时间内催化剂温度趋势、利用NH3泄漏量信号得出，具体为：(a)当SCR催化器温度出现高温和持续增长时，根据NH3泄漏量反馈信号与接收到的尿素溶液喷射量信号计算出当前NH3表面覆盖率值，将当前的NH3表面覆盖率值与预先标定的NH3表面覆盖率参考值进行比较，通过PID控制算法计算出当前的尿素溶液补充量；(b)当SCR催化器温度较低并且持续降低时，根据NH3泄漏反馈控制曲线获得当前的尿素溶液补充量。
所述的根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，具体为：通过温度修正控制曲线得到温度修正系数，该温度修正系数与尿素溶液基础喷射量乘积得到温度修正后的尿素溶液喷射量。
一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量系统，包括SCR催化器、尿素喷射控制器、排气温度传感器、NH3传感器、尿素喷射计量泵和NOx传感器，所述的SCR催化器进口和出口分别设置有排气温度传感器，所述的NH3传感器和NOx传感器分别设置在SCR催化器出口，所述的排气温度传感器、NH3传感器、尿素喷射计量泵、NOx传感器分别与尿素喷射控制器电连接，
排气温度传感器：用于测量SCR催化器进口和出口的温度，并将该SCR催化器温度信号传输给尿素喷射控制器；
NH3传感器：用于测量NH3泄漏量，并将NH3泄漏量反馈信号传输给尿素喷射控制器；
NOx传感器：用于测量NOx流量值，并将该NOx流量值信号传输给尿素喷射控制器；
尿素喷射控制器：用于接收SCR催化器温度信号、接收NH3泄漏量反馈信号、接收NOx流量值信号，用于标定NH3表面覆盖率参考值，用于计算出尿素溶液基础喷射量，用于在标定时间内对SCR催化器温度趋势进行判断，用于计算出尿素溶液补充量，用于根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，用于计算最终尿素溶液喷射量＝尿素溶液补充量+修正后的尿素溶液喷射量，发出最终尿素溶液喷射量信号，用于发出最终尿素溶液喷射量信号；
尿素喷射计量泵：用于接收最终尿素溶液喷射量信号，实现最终尿素溶液喷射，并传输尿素溶液喷射量信号给尿素喷射控制器。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明中的闭环控制尿素溶液喷射量方法能够区分在SCR催化器温度出现高温和持续增长、SCR催化器温度较低并且持续降低两种不同情况下，实现更加精确控制尿素溶液喷射量，从而提高了SCR系统中氮氧化物转化效率，降低了NH3泄漏量。同时，由于当SCR催化器温度出现高温和持续增长时通过PID控制算法计算出当前的尿素溶液补充量，当本闭环控制尿素溶液喷射量系统内部或外部出现扰动时，仍然可以实现对尿素溶液喷射量进行精确计算。
附图说明
图1是本发明中一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法流程示意图。
图2是本发明中一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量系统示意图。
图中，SCR催化器1，尿素喷射控制器2，排气温度传感器3，NH3传感器4，尿素喷射泵5，NOx传感器6。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量SCR催化器1进口和出口的温度，并将该SCR催化器温度信号传输给尿素喷射控制器2；
测量NH3泄漏量，并将该NH3泄漏量反馈信号传输给尿素喷射控制器2；
测量NOx流量值，并将该NOx流量值传输给尿素喷射控制器2；
接收SCR催化器温度信号，接收NH3泄漏量反馈信号，接收NOx流量值，标定NH3表面覆盖率参考值，计算出尿素溶液基础喷射量，在标定时间内对SCR催化器温度趋势进行判断，计算出尿素溶液补充量，根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，计算最终尿素溶液喷射量，发出最终尿素溶液喷射量信号；此处的标定时间由SCR催化器1的特性决定，一般在10秒左右；
接收最终尿素溶液喷射量信号，并控制最终尿素溶液喷射。由此实现柴油机SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量。
此处所述的SCR催化器温度趋势分为分为两种情况：一.SCR催化器温度出现高温和持续增长；二.SCR催化器温度较低并且持续降低。
此处所述的尿素溶液基础喷射量通过NOx流量值计算得到，计算公式如下：
尿素溶液基础喷射量： Q Adblue = 1 2 × M Adblue M NH 3 ÷ 32.5 % × Q NH 3 = 5.42 × Q NH 3 ,
其中的NH3需求量QNOx为NOx排气质量流量，NOx排气质量流量为单位时间内NOx气体通过排气管的质量，单位为kg/h，NOx排气质量流量由发动机EECU总线得到；MAdblue，MNH3，MNOx分别为尿素，NH3及NOx的摩尔质量，单位为g/mol，其中NH3、NO、NO2和尿素的摩尔质量分别为17、30、46、60；fa为修正系数(包括尿素密度修正，催化器老化修正)；fs为NH3和NOx反应系数之比，其值为1。
具体的，所述的尿素溶液补充量为根据标定时间内催化剂温度趋势、利用NH3泄漏量信号得出，具体为：
(a)当SCR催化器温度出现高温和持续增长时，根据NH3泄漏量反馈信号与尿素溶液喷射量计算出当前NH3表面覆盖率值，将当前的NH3表面覆盖率值与预先标定的NH3表面覆盖率参考值进行比较，通过PID控制算法计算出当前的尿素溶液补充量。此处的尿素溶液喷射量为尿素喷射控制器2接收到尿素喷射计量泵5的反馈的尿素溶液喷射量。
此处所述的NH3表面覆盖率参考值通过NH3表面覆盖率参考曲线标定。此处所述的NH3表面覆盖率参考曲线是通过试验标定得到的控制曲线，其输入量为NH3传感器信号、SCR催化器温度，输出量为NH3表面覆盖率参考值。
(b)当SCR催化器温度较低并且持续降低时，根据NH3泄漏反馈控制曲线获得当前的尿素溶液补充量。此处所述的NH3泄漏反馈控制曲线是通过试验标定得到的控制曲线，其输入量为SCR催化器温度/NH3传感器信号，输出量为尿素溶液补充量。
具体的，所述的根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，具体为：
通过温度修正控制曲线得到温度修正系数，该温度修正系数与尿素溶液基础喷射量乘积得到温度修正后的尿素溶液喷射量。此处所述的温度修正控制曲线是通过试验标定得到的控制曲线，其输入量为SCR催化器温度，输出量为温度修正系数。
参见图2，一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量系统，包括SCR催化器1、尿素喷射控制器2、排气温度传感器3、NH3传感器4、尿素喷射计量泵5和NOx传感器6。所述的SCR催化器1进口和出口分别设置有排气温度传感器3，所述的NH3传感器4和NOx传感器6分别设置在SCR催化器1出口，所述的排气温度传感器3、NH3传感器4、尿素喷射计量泵5、NOx传感器6分别与尿素喷射控制器2电连接。
排气温度传感器3：用于测量SCR催化器1进口和出口的温度，并将该SCR催化器温度信号传输给尿素喷射控制器2。
NH3传感器4：用于测量NH3泄漏量，并将NH3泄漏量反馈信号传输给尿素喷射控制器2。
NOx传感器6：用于测量NOx流量值，并将该NOx流量值传输给尿素喷射控制器2。
尿素喷射控制器2(DCU)：用于接收SCR催化器温度信号、接收NH3泄漏量反馈信号、接收NOx流量值，用于标定NH3表面覆盖率参考值，用于计算出尿素溶液基础喷射量，用于在标定时间内对SCR催化器温度趋势进行判断，用于计算出尿素溶液补充量，用于根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，用于计算最终尿素溶液喷射量＝尿素溶液补充量+修正后的尿素溶液喷射量，发出最终尿素溶液喷射量信号，用于发出最终尿素溶液喷射量信号。
尿素喷射计量泵5：用于接收最终尿素溶液喷射量信号，实现最终尿素溶液喷射，并传输尿素溶液喷射量信号给尿素喷射控制器2。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量SCR催化器(1)进口和出口的温度，并将该SCR催化器温度信号传输给尿素喷射控制器(2)；
测量NH3泄漏量，并将该NH3泄漏量反馈信号传输给尿素喷射控制器(2)；
测量NOx流量值，并将该NOx流量值信号，传输给尿素喷射控制器(2)；
接收SCR催化器温度信号，接收NH3泄漏量反馈信号，接收NOx流量值信号，标定NH3表面覆盖率参考值，计算出尿素溶液基础喷射量，在标定时间内对SCR催化器温度趋势进行判断，计算出尿素溶液补充量，根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，计算最终尿素溶液喷射量＝尿素溶液补充量+修正后的尿素溶液喷射量，发出最终尿素溶液喷射量信号；
接收最终尿素溶液喷射量信号，实现最终尿素溶液喷射，并传输尿素溶液喷射量信号给尿素喷射控制器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法，其特征在于，所述的尿素溶液补充量为根据标定时间内催化剂温度趋势、利用NH3泄漏量信号得出，具体为：
(a)当SCR催化器温度出现高温和持续增长时，根据NH3泄漏量反馈信号与接收到的尿素溶液喷射量信号计算出当前NH3表面覆盖率值，将当前的NH3表面覆盖率值与预先标定的NH3表面覆盖率参考值进行比较，通过PID控制算法计算出当前的尿素溶液补充量；
(b)当SCR催化器温度较低并且持续降低时，根据NH3泄漏反馈控制曲线获得当前的尿素溶液补充量。
3.根据权利要求1所述的一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量方法，其特征在于，所述的根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，具体为：
通过温度修正控制曲线得到温度修正系数，该温度修正系数与尿素溶液基础喷射量乘积得到温度修正后的尿素溶液喷射量。
4.一种SCR系统闭环控制尿素溶液喷射量系统，其特征在于：包括SCR催化器(1)、尿素喷射控制器(2)、排气温度传感器(3)、NH3传感器(4)、尿素喷射计量泵(5)和NOx传感器(6)，所述的SCR催化器(1)进口和出口分别设置有排气温度传感器(3)，所述的NH3传感器(4)和NOx传感器(6)分别设置在SCR催化器(1)出口，所述的排气温度传感器(3)、NH3传感器(4)、尿素喷射计量泵(5)、NOx传感器(6)分别与尿素喷射控制器(2)电连接，
排气温度传感器(3)：用于测量SCR催化器(1)进口和出口的温度，并将该SCR催化器温度信号传输给尿素喷射控制器(2)；
NH3传感器(4)：用于测量NH3泄漏量，并将NH3泄漏量反馈信号传输给尿素喷射控制器(2)；
NOx传感器(6)：用于测量NOx流量值，并将该NOx流量值信号传输给尿素喷射控制器(2)；
尿素喷射控制器(2)：用于接收SCR催化器温度信号、接收NH3泄漏量反馈信号、接收NOx流量值信号，用于标定NH3表面覆盖率参考值，用于计算出尿素溶液基础喷射量，用于在标定时间内对SCR催化器温度趋势进行判断，用于计算出尿素溶液补充量，用于根据尿素溶液基础喷射量计算出温度修正后的尿素溶液喷射量，用于计算最终尿素溶液喷射量＝尿素溶液补充量+修正后的尿素溶液喷射量，发出最终尿素溶液喷射量信号，用于发出最终尿素溶液喷射量信号；
尿素喷射计量泵(5)：用于接收最终尿素溶液喷射量信号，实现最终尿素溶液喷射，并传输尿素溶液喷射量信号给尿素喷射控制器(2)。
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