CN106837488B - Scr前馈控制计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SCR前馈控制计算方法，其根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；根据尿素浓度、NO2/NOx比例以及待转化的NOx质量流量确定氨氮比尿素喷射量；所述氨氮比尿素喷射量与氨氧化因子相乘后，得到氨氧化修正后的尿素喷射量；将所述氨氧化修正后尿素喷射量与SCR效率尿素喷射量相比，并取氨氧化尿素喷射量、SCR效率尿素喷射量中的较小值，以得到稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量；所述稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量与瞬态修正因子、老化修正因子相乘后，得到前馈尿素喷射量，从而实现了对前馈尿素喷射量的实时精确控制，极大程度地降低了后续对尿素喷射量反馈控制调节的难度。

Description

SCR前馈控制计算方法
技术领域
本发明涉及一种计算方法，尤其是一种SCR前馈控制计算方法，属于柴油机后处理系统的技术领域。
背景技术
目前，对于国四、国五及国六柴油机降低尾气中的NOx来说，SCR后处理技术是一种重要的技术手段。SCR后处理方法主要是通过向排气中通入一定的尿素水溶液，分解出一定量的氨气，把尾气中的NOx还原为对人体无害的氮气。因此，精确计算SCR前馈控制尿素喷射量，决定了NOx的转化效率高低、能否充分利用催化剂的性能，以及后期反馈控制调节的难易。
一般来说，计算SCR的前馈尿素喷射量的方法是：首先测得发动机原排尾气中的NOx浓度，然后根据SCR催化剂在各个温度段的转化效率，计算需要的NH3浓度，最后反算出产生需要的尿素水溶液。所述SCR的前馈尿素喷射量确定方法存在以下不足之处：
1）、未考虑尾气中NO2占NOx的比例在催化剂化学反应中的影响；
2）、未考虑氨气在高温条件下因氧化造成的损失；
3）、未考虑尿素水溶液浓度不精确带来的影响；
4）、未考虑柴油机在行驶中因工况瞬态变化带来的影响；
5）、未考虑因催化剂老化带来的尿素喷射量变化。
上述确定SCR前馈尿素喷射量的方法也许能够实现对一些NOx转化效率要求比较低的柴油机尾气排放的控制，但是随着排放法规的升级，面对一些要求尾气NOx转化效率比较高的柴油机来说，目前得到的尿素喷射量精确度就远远不够。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种SCR前馈控制计算方法，其根据SCR催化剂的工作机理，实现了对尿素喷射量的实时精确控制，极大程度地降低了后续对尿素喷射量反馈控制调节的难度。
按照本发明提供的技术方案，所述SCR前馈控制计算方法，根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；根据尿素浓度、NO2/NOx比例以及待转化的NOx质量流量确定氨氮比尿素喷射量；
所述氨氮比尿素喷射量与氨氧化因子相乘后，得到氨氧化修正后尿素喷射量；将所述氨氧化修正后尿素喷射量与SCR效率尿素喷射量相比，并取氨氧化修正后尿素喷射量、SCR效率尿素喷射量中的较小值，以得到稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量；所述稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量与瞬态修正因子、老化修正因子相乘后，得到前馈尿素喷射量。
SCR效率模块根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；
所述SCR效率模块包括基准SCR效率MAP模块以及差值SCR效率模块；基准SCR效率MAP模块根据空速、SCR平均温度查询以及NO2/NOx比例得到基准SCR效率，差值SCR效率模块根据基准SCR效率以及当前NO2/NOx比例，得到当前SCR效率；
根据NOx质量流量以及当前SCR效率，得到需要消耗的尿素喷射量，根据所述需要消耗的尿素喷射量以及尿素浓度，得到SCR效率尿素喷射量。
所述氨氮比计算模块包括氨氮比计算模块以及尿素消耗量计算模块；
氨氮比计算模块根据NO2/NOx的比例确定得到NH3/NOx的化学计量比，所述NH3/NOx化学计量比与待转化的NOx质量流量相乘后，得到需要的NH3质量；尿素消耗量计算模块根据尿素浓度以及需要的NH3质量，得到氨氮比尿素喷射量。
NO2/NOx的比例为y，当y≤0.5时，NH3/NOx的化学计量比为1；当y=1时，NH3/NOx的化学计量比为4/3；当y＞0.5时，NH3/NOx的化学计量比为： 2(1-y)+(2y-1)*4/3。
所述瞬态修正因子由瞬态修正模块输出，瞬态修正模块根据转速、SCR温度差确定得到瞬态修正因子。
所述老化老化修正因子由老化修正模块输出，老化修正模块根据SCR平均温度以及运行时间得到老化修正因子。
本发明的优点：根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；根据尿素浓度、NO2/NOx比例以及待转化的NOx质量流量确定氨氮比尿素喷射量；所述氨氮比尿素喷射量与氨氧化因子相乘后，得到氨氧化修正后尿素喷射量；将所述氨氧化修正后尿素喷射量与SCR效率尿素喷射量相比，并取氨氧化修正后尿素喷射量、SCR效率尿素喷射量中的较小值，以得到稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量；所述稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量与瞬态修正因子、老化修正因子相乘后，得到前馈尿素喷射量，从而根据SCR催化剂的工作机理，实现了对前馈尿素喷射量的实时精确控制，极大程度地降低了后续对尿素喷射量反馈控制调节的难度。
附图说明
图1为本发明的逻辑框图。
图2为本发明得到当前SCR效率的逻辑框图。
图3为本发明氨氮比计算模块的逻辑框图。
图4为本发明瞬态修正模块的逻辑框图。
图5为本发明老化修正因子MAP的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了实现了对前馈尿素喷射量的实时精确控制，极大程度地降低了后续对尿素喷射量反馈控制调节的难度，本发明根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；根据尿素浓度、NO2/NOx比例以及待转化的NOx质量流量确定氨氮比尿素喷射量；
所述氨氮比尿素喷射量与氨氧化因子相乘后，得到氨氧化修正后尿素喷射量；将所述氨氧化修正后尿素喷射量与SCR效率尿素喷射量相比，并取氨氧化修正后尿素喷射量、SCR效率尿素喷射量中的较小值，以得到稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量；所述稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量与瞬态修正因子、老化修正因子相乘后，得到前馈尿素喷射量。
具体地，空速可以根据排气流量由空速模块确定得到，空速模块根据排气流量计算得到空速的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。SCR平均温度由SCR上游温度以及SCR下游温度计算得到，一般地，SCR上游温度、SCR下游温度有对应的权重值，将SCR上游温度、SCR下游温度与对应权重值的相乘的结果相加后，即能得到SCR平均温度，计算SCR平均温度的具体过程也为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
NO2/NOx比例以及NOx质量流量，可以由原机NOx质量流量模块根据排气中的NO2质量流量、NO质量流量计算得到，原机NOx质量流量模块得到NO2/NOx比例为当前的NO2/NOx比例，原机NOx质量流量计算模块对NO2质量流量、NO质量流量的具体计算过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。一般地，NO2的质量流量、NO的质量流量可以通过发动机台架标定试验得到。
尿素浓度由尿素浓度模块根据尿素品质传感器检测的尿素浓度确定得到，尿素浓度模块根据尿素品质传感器确定尿素浓度的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。待转化的NOx质量流量由原机NOx质量流量计算模块输出的NOx质量流量与出口目标NOx质量流量相减后的差值得到，出口目标NOx质量流量由尾管出口NOx目标模块根据转速、油耗确定得到，尾管目标NOx目标模块根据转速、油耗具体确定出口目标NOx质量流量可通过发动机台架试验获得。
本发明实施例中，SCR效率模块根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；
所述SCR效率模块包括基准SCR效率MAP模块以及差值SCR效率模块；基准SCR效率MAP模块根据空速、SCR平均温度查询以及0%、50%、100%NO2/NOx比例得到三张基准SCR效率MAP，差值SCR效率模块根据基准SCR效率以及当前NO2/NOx比例，得到当前SCR效率；
根据NOx质量流量以及当前SCR效率，得到需要消耗的尿素喷射量，根据所述需要消耗的尿素喷射量以及尿素浓度，得到SCR效率尿素喷射量。
如图2所示，基准SCR效率MAP模块内具有基准效率MAP，所述基准效率MAP包括NO2/NOx比例为0%、50%、100%时对应的SCR效率MAP，所述SCR效率MAP可以由催化剂小样台架试验获得，具体获得过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。由于基准效率MAP只包含NO2/NOx比例为0%、50%以及100%的一种情况，根据NO2/NOx比例只能选择对应相邻的基准效率MAP，如当前NO2/NOx的比例为25%时，则根据空速、SCR平均温度以及NO2/NOx比例，需要获取NO2/NOx比例为0%、50%时对应的SCR效率MAP。差值SCR效率模块根据寄存SCR效率MAP获取对应的SCR效率MAP，对当前NO2/NOx比例下SCR效率进行计算，具体可以采用平均值计算、线性拟合，最小二乘拟合等方式，以得到当前SCR效率，差值SCR效率模块具体进行计算方式可根据实际需要进行选择确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
在获取得到当前NO2/NOx比例时对应的当前SCR效率后，根据NOx质量流量、当前SCR效率可以计算得到需要消耗的尿素喷射量，所述得到需要消耗的尿素喷射量为理论计算值；需要消耗的尿素喷射量经过尿素浓度修正后，可以得到SCR效率尿素喷射量。
如图3所示，所述氨氮比计算模块包括氨氮比计算模块以及尿素消耗量计算模块；
氨氮比计算模块根据NO2/NOx的比例确定得到NH3/NOx的化学计量比，所述NH3/NOx化学计量比与待转化的NOx质量流量相乘后，得到需要的NH3质量；尿素消耗量计算模块根据尿素浓度以及需要的NH3质量，得到氨氮比尿素喷射量。
本发明实施例中，NO2/NOx比例不同时，对应的氨氮化学方程方程不同：如果当前NO2/NOx≤0.5时主要考虑标准反应方程以及快速反应方程，如果当前NO2/NOx＞0.5时主要考虑标准反应方程以及慢反应方程；如果当前NO2/NOx=1时主要考虑慢反应方程，因此，NO2/NOx的比例为y，当y≤0.5时，NH3/NOx的化学计量比为1；当y=1时，NH3/NOx的化学计量比为4/3；当y＞0.5时，NH3/NOx的化学计量比为2(1-y)+(2y-1)*4/3。待转化的NOx质量流量可以参考上述说明，尿素消耗量计算模块根据尿素浓度以及需要的NH3质量，得到氨氮比尿素喷射量的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
如图4所示，所述瞬态修正因子由瞬态修正模块输出，瞬态修正模块根据转速、SCR上下游温度差确定得到瞬态修正因子。
本发明实施例中，瞬态修正模块内包括瞬态修正因子MAP模块，由发动机转速、SCR温度差查询瞬态修正因子MAP，所述瞬态修正因子MAP可以通过运行瞬态循环试验确定，防止由于发动机工况瞬态变化造成的尿素喷射量的提前或滞后。获取瞬态修正因子MAP的具体过程，以及根据发动机转速、SCR温度差查询瞬态修正因子MAP，得到瞬态修正因子的具体过程，均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。SCR温度差具体是指SCR上游温度与SCR下游温度的差值。
如图5所示，所述老化老化修正因子由老化修正模块输出，老化修正模块根据SCR平均温度以及运行时间得到老化修正因子。
本发明实施例中，考虑由于催化剂老化带来的转化效率降低，进而导致喷射的尿素量不准确，因此需要利用老化修正因子进行修正。具体地，老化修正模块包括老化修正因子MAP模块，老化修正因子MAP模块内的老化因子MAP可以通过标定SCR温度和发动机累计运行时间来得到，具体过程为本技术领域人员所熟知。根据催化剂运行时间、SCR平均温度查询老化修正因子MAP得到老化修正因子的具体过程，也为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

Claims (6)

1.一种SCR前馈控制计算方法，其特征是：根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；根据尿素浓度、NO2/NOx比例以及待转化的NOx质量流量确定氨氮比尿素喷射量；
所述氨氮比尿素喷射量与氨氧化因子相乘后，得到氨氧化修正后尿素喷射量；将所述氨氧化修正后尿素喷射量与SCR效率尿素喷射量相比，并取氨氧化修正后尿素喷射量、SCR效率尿素喷射量中的较小值，以得到稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量；所述稳态时新鲜态催化剂的尿素喷射量与瞬态修正因子、老化修正因子相乘后，得到前馈尿素喷射量。
2.根据权利要求1所述的SCR前馈控制计算方法，其特征是：SCR效率模块根据空速、SCR平均温度、NO2/NOx比例、NOx质量流量以及尿素浓度确定得到SCR效率尿素喷射量；
所述SCR效率模块包括基准SCR效率MAP模块以及差值SCR效率模块；基准SCR效率MAP模块根据空速、SCR平均温度查询以及基准NO2/NOx比例得到基准SCR效率，差值SCR效率模块根据基准SCR效率以及当前NO2/NOx比例，得到当前SCR效率；
根据NOx质量流量以及当前SCR效率，得到需要消耗的尿素喷射量，根据所述需要消耗的尿素喷射量以及尿素浓度，得到SCR效率尿素喷射量。
3.根据权利要求1所述的SCR前馈控制计算方法，其特征是：氨氮比模块包括氨氮比计算模块以及尿素消耗量计算模块；
氨氮比计算模块根据NO2/NOx的比例确定得到NH3/NOx的化学计量比，所述NH3/NOx化学计量比与待转化的NOx质量流量相乘后，得到需要的NH3质量；尿素消耗量计算模块根据尿素浓度以及需要的NH3质量，得到氨氮比尿素喷射量。
4.根据权利要求3所述的SCR前馈控制计算方法，其特征是：NO2/NOx的比例为y，当y≤0.5时，NH3/NOx的化学计量比为1；当y=1时，NH3/NOx的化学计量比为4/3；当y＞0.5时，NH3/NOx的化学计量比为：2(1-y)+(2y-1)*4/3。
5.根据权利要求1所述的SCR前馈控制计算方法，其特征是：所述瞬态修正因子由瞬态修正模块输出，瞬态修正模块根据转速、SCR温度差标定得到瞬态修正因子。
6.根据权利要求1所述的SCR前馈控制计算方法，其特征是：所述老化修正因子由老化修正模块输出，老化修正模块根据SCR平均温度以及运行时间得到老化修正因子。
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