CN106677862A - 一种双喷嘴尿素喷射量控制方法及后处理控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双喷嘴尿素喷射量控制方法，所述双喷嘴分别为安装在SCRF系统和SCR系统之前的第一喷嘴和第二喷嘴，其中，所述SCRF系统基于其前端的第一喷嘴采用基于MAP的开环控制方法，所述SCR系统基于其前端的第二喷嘴采用闭环控制方法。还提出采用上述控制方法的后处理控制系统。本发明基于SCRF硬件系统在SCR前增加氨传感器，实时监测SCRF实际转化效率，利于SCRF降体积设计；采用的控制策略，能实现对SCRF系统和SCR系统各需尿素的精确控制，保证排放一致性。

Description

一种双喷嘴尿素喷射量控制方法及后处理控制系统
技术领域
本发明涉及发动机领域，特别涉及气体排放净化领域。
背景技术
随着汽车排放法规的日趋严格，带SCR(Selective Catalyst Reduction,选择性催化还原反应)的后处理系统成为降低排放污染的主流技术。带SCR的后处理系统降低排放污染的方法是通过向SCR箱中喷射尿素，达到降低氮氧化物的目的，从而降低排放，满足排放法规的要求。
在SCR的基础上，进一步发展了SCRF技术，SCRF指将SCR催化剂涂覆在DPF(颗粒物捕集器)上，又称SCR on Filter、SDPF等。采用SCRF技术，不但能够减低后处理体积，而且起燃特性更优，能够提高SCR转化效率。SCRF技术同样面临尿素喷射量精确控制的需求。
采用SCRF后，后处理系统的布置，通常为在SCRF后再布置SCR，而在SCRF前设置一个尿素喷嘴，基于这样的布置方式，目前大部分现有技术为基于单喷嘴的控制策略，由于现有单喷嘴放在SCRF上游，无法根据SCRF和SCR系统内的不同的反应机理实现对尿素喷射的精确控制。
发明内容
本发明提出在SCRF系统上增加氨传感器并制定新的控制策略，SCRF系统采用开环控制策略，SCR系统采用基于模型的闭环控制策略，从而可实现对尿素的精确控制
本发明的上述目的之一是通过以下技术方案实现的。
一种双喷嘴尿素喷射量控制方法，所述双喷嘴分别为安装在SCRF系统和SCR系统之前的第一喷嘴和第二喷嘴，其中，所述SCRF基于其前端的第一喷嘴采用基于MAP的开环控制方法，所述SCR基于其前端的第二喷嘴采用闭环控制方法。
进一步，所述开环控制方法为，根据原排和NO2需求转化效率可得SCRF系统内NH3的需求浓度，再根据排气流量得到氨的需求质量流量，进一步转化为第一喷嘴的需求喷射量。
进一步，所述NO2需求转化效率为根据温度和空速查询事先标定的转化效率设定值MAP获得。
进一步，所述闭环控制方法包括如下步骤：
S1：将实际尿素喷射量输入SCR模型，并基于SCR模型计算SCR系统内的氨储实际值；
S2：将S1步骤获得氨储实际值与氨储设定值做差，并经过PID控制器，得到闭环修正的氨氮比；
S3：将S2步骤获得的闭环修正的氨氮比与前馈氨氮比做和，最终转化为需求的尿素喷射量。
进一步，S1步骤中，所述SCR模型的输入还包括NH3浓度，O2浓度，NO浓度，NO2浓度，SCR前温度；所述SCR模型具体为将SCR系统径向划分为多个单元模块，在每个单元模块内根据能量守恒方程和质量守恒方程分别计算氨储、NO、NO2和NH3；对每个单元模块内的氨储相加得到氨储实际值。
进一步，所述SCR前温度从温度传感器获取，所述O2浓度通过上游NOx传感器测量的废气氧浓度获取，NH3浓度为NH3传感器测量值与第二喷嘴的喷射量的和。
进一步，所述NO2浓度为SCR前NOx浓度值与SCRF后NO2比例做积获取，NO浓度为SCR前NOx浓度值与NO2浓度做差获取；其中SCR前NOx浓度值为经过SCRF反应后理论剩余的NOx值加上NH3传感器信号值。
进一步，SCRF后NO2比例为根据温度和空速查询SCRF后NO2比例MAP获得值与NO2转化效率设定值的修正系数做积获取，其中所述修正系数可根据NO2转化效率设定值查询标定的NO2修正系数曲线获取；
进一步，所述S2步骤中的所述氨储设定值以及S3步骤中的所述前馈氨氮比，均为根据SCRF温度和空速，通过查询事先标定的相应的MAP进行确定。
本发明的另一个目的提供一种发动机后处理控制系统，可通过如下技术方案实现。
一种发动机后处理控制系统，所述后处理控制系统包括依次布置的DOC系统，SCRF系统，SCR系统和ASC系统，所述DOC系统前布置有上游NOx传感器和DOC上游温度传感器，在DOC系统和SCRF系统之间布置有第一尿素喷嘴和SCRF上游温度传感器；其特征在于，在SCRF系统和SCR系统之间布置有SCR上游温度传感器、第二尿素喷嘴和NH3传感器，以及在ASC后还布置有下游NOx传感器和SCR下游温度传感器，所述后处理控制系统采用上述双喷嘴尿素喷射量控制方法对尿素喷射量进行控制。
本发明的优点在于：
1.本发明基于SCRF硬件系统在SCR系统前增加氨传感器，实时监测SCRF实际转化效率，利于SCRF降体积设计。
2.在SCRF系统和SCR系统前分别设置第一尿素喷嘴和第二尿素喷嘴，并提出所述SCRF系统基于其前端的第一喷嘴采用基于MAP的开环控制方法以及所述SCR系统基于其前端的第二喷嘴采用闭环控制方法的控制策略，实现对SCRF系统和SCR系统各需尿素的精确控制，保证排放一致性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的发动机后处理控制系统部件布置图。
图2示出了双喷嘴尿素喷射量控制方法尿素喷射控制逻辑图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提出一种双喷嘴尿素喷射量控制方法和发动机后处理控制系统，参考图1，所述后处理控制系统包括依次布置的DOC系统，SCRF系统，SCR系统和ASC系统，所述DOC系统前布置有上游NOx传感器和DOC上游温度传感器，在DOC系统和SCRF系统之间布置有第一尿素喷嘴和SCRF上游温度传感器；其特征在于，在SCRF系统和SCR系统之间布置有SCR上游温度传感器、第二尿素喷嘴和NH3传感器，以及在ASC后还布置有下游NOx传感器和SCR下游温度传感器。
参考图2，基于上述布置方式，本发明的实施方式实现一种双喷嘴尿素喷射量控制方法，所述双喷嘴分别为安装在SCRF系统和SCR系统之前的第一喷嘴和第二喷嘴，其中，所述SCRF基于其前端的第一喷嘴采用基于MAP的开环控制方法，所述SCR基于其前端的第二喷嘴采用闭环控制方法。
其中，所述开环控制方法为，根据原排和NO2需求转化效率可得SCRF系统内NH3的需求浓度，再根据排气流量得到氨的需求质量流量，进一步转化为第一喷嘴的需求喷射量(例如，由需求质量流量除以5.429得到)。所述NO2需求转化效率为根据温度和空速查询事先标定的转化效率设定值MAP获得。
其中，所述闭环控制方法包括如下步骤：
S1：根据实际尿素喷射量，基于SCR模型计算SCR系统内的氨储实际值；
S2：将S1步骤获得氨储实际值与氨储设定值做差，并经过PID控制器，得到闭环修正的氨氮比；
S3：将S3步骤获得的闭环修正的氨氮比与前馈氨氮比做和，最终转化为需求的尿素喷射量。
其中，S1步骤中，所述SCR模型的输入包括NH3浓度，O2浓度，NO浓度，NO2浓度，SCR前温度；所述SCR模型具体为将SCR系统径向划分为多个单元模块，在每个单元模块内根据能量守恒方程和质量守恒方程分别计算氨储、NO、NO2和NH3；对每个单元模块内的氨储相加得到氨储实际值。所述SCR前温度从温度传感器获取，所述O2浓度通过上游NOx传感器测量的废气氧浓度获取，NH3浓度为NH3传感器测量值与第二喷嘴的喷射量的和值。所述NO2浓度为SCR前NOx浓度值与SCRF后NO2比例做积获取，NO浓度为SCR前NOx浓度值与NO2浓度做差获取；其中SCR前NOx浓度值为经过SCRF反应后理论剩余的NOx值加上NH3传感器信号值。这是因为SCRF系统内认为NOx与NH3采用1:1的反应，因此NH3传感器信号值可以认为实际NOx没有完全反应，因NH3与NOx反应时，气体浓度比例为1:1，因此NH3传感器信号值可以认为是实际剩余的NOx值，因此SCR前NOx值为经过SCRF反应后理论剩余的NOx值加上NH3传感器信号值。SCRF后NO2比例为根据温度和空速查询SCRF后NO2比例MAP获得值与转化效率设定值的修正系数做积获取，其中所述修正系数可根据转化效率设定值查询标定的NO2修正系数曲线获取。所述S2步骤中的所述氨储设定值以及S3步骤中的所述前馈氨氮比，均为根据SCRF温度和空速，通过查询事先标定的相应的MAP进行确定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述双喷嘴分别为安装在SCRF系统和SCR系统之前的第一喷嘴和第二喷嘴，其中，所述SCRF系统基于其前端的第一喷嘴采用基于MAP的开环控制方法，所述SCR系统基于其前端的第二喷嘴采用闭环控制方法。
2.如权利要求1所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述开环控制方法为，根据原排和NO2需求转化效率可得SCRF系统内NH3的需求浓度，再根据排气流量得到氨的需求质量流量，进一步转化为第一喷嘴的需求喷射量。
3.如权利要求2所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述NO2需求转化效率为根据温度和空速查询事先标定的转化效率设定值MAP获得。
4.如权利要求1所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述闭环控制方法包括如下步骤：
S1：将实际尿素喷射量输入SCR模型，并基于SCR模型计算SCR系统内的氨储实际值；
S2：将S1步骤获得氨储实际值与氨储设定值做差，并经过PID控制器，得到闭环修正的氨氮比；
S3：将S2步骤获得的闭环修正的氨氮比与前馈氨氮比做和，最终转化为需求的尿素喷射量。
5.如权利要求4所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，S1步骤中，所述SCR模型的输入还包括NH3浓度，O2浓度，NO浓度，NO2浓度，SCR前温度；所述SCR模型具体为将SCR系统径向划分为多个单元模块，在每个单元模块内根据能量守恒方程和质量守恒方程分别计算氨储、NO、NO2和NH3；对每个单元模块内的氨储相加得到氨储实际值。
6.如权利要求5所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述SCR前温度从温度传感器获取，所述O2浓度通过上游NOx传感器测量的废气氧浓度获取，NH3浓度为NH3传感器测量值与第二喷嘴的喷射量的和。
7.如权利要求5所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述NO2浓度为SCR前NOx浓度值与SCRF后NO2比例做积获取，NO浓度为SCR 前NOx浓度值与NO2浓度做差获取；其中SCR前NOx浓度值为经过SCRF反应后理论剩余的NOx值加上NH3传感器信号值。
8.如权利要求7所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，SCRF后NO2比例为根据温度和空速查询SCRF后NO2比例MAP获得值与NO2转化效率设定值的修正系数做积获取，其中所述修正系数可根据NO2转化效率设定值查询标定的NO2修正系数曲线获取。
9.如权利要求1-8任意一项所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法，其特征在于，所述S2步骤中的所述氨储设定值以及S3步骤中的所述前馈氨氮比，均为根据SCRF温度和空速，通过查询事先标定的相应的MAP进行确定。
10.一种发动机后处理控制系统，所述后处理控制系统包括依次布置的DOC系统，SCRF系统，SCR系统和ASC系统，所述DOC系统前布置有上游NOx传感器和DOC上游温度传感器，在DOC系统和SCRF系统之间布置有第一尿素喷嘴和SCRF上游温度传感器；其特征在于，在SCRF系统和SCR系统之间布置有SCR上游温度传感器、第二尿素喷嘴和NH3传感器，以及在ASC后还布置有下游NOx传感器和SCR下游温度传感器，所述后处理控制系统采用如权利要求1-9任意一项所述的双喷嘴尿素喷射量控制方法对尿素喷射量进行控制。
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