CN106837498B - 尿素结晶量估算、结晶状态判定及结晶消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种尿素结晶量估算、结晶状态判定及结晶消除方法。基于发动机运行工况，评估当前工况下尿素结晶速率和SCR转化效率对尿素结晶的影响。当尿素结晶过多时，调整发动机运行状态，及时除去结晶，防止结石现象发生。

Description

尿素结晶量估算、结晶状态判定及结晶消除方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，特别涉及的SCR尾气后处理技术领域。
背景技术
尿素选择性催化还原(selective catalytic reducton,SCR)技术是控制柴油机氮氧化物(NOx)排放最常用的技术手段之一。然而在实际使用的过程中，由于存在尿素结晶的问题，例如当尿素喷射量不合适或混合器结构过于简单时，尿素分布均匀性过差，会导致在SCR箱上或尿素喷嘴部位出现块状或粉末状的尿素结节物，对SCR控制氮氧化物产生不利的影响，导致尾气反应不完全，造成排放超标。现有技术中均是基于混合器硬件的设计，以防止结晶。然而混合器设计定型后，无法根据发动机运行状况预防和消除尿素结晶，导致结晶后排放变差，而且排气管腐蚀严重。
如何根据发动机运行状况对尿素结晶情况进行准确判断，并以此为依据，当尿素结晶过多时，调整发动机运行状态，及时除去结晶，防止结石现象发生是目前需要解决的技术问题。
发明内容
当SCR混合器结构确定后，影响尿素结晶的三个主要因素为：排气流量、排气温度、尿素喷射量。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种尿素结晶量估算、结晶状态判定及结晶消除方法。基于发动机运行工况，评估当前工况下尿素结晶速率和SCR转化效率对尿素结晶的影响。当尿素结晶过多时，调整发动机运行状态，及时除去结晶，防止结石现象发生。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的。
一种尿素结晶量估算方法，所述方法包括：
根据发动机运行工况，标定出在不同排气流量、排气温度工况条件下的多个尿素结晶速率MAP(MAP1，MAP2…)；
将尿素喷射量划分为多个区间，标定每个区间对应的尿素结晶速率因子；
在某一排气流量、某一排气温度以及某一尿素喷射量的特定工况条件下，基于对应的尿素结晶速率MAP确定出该特定工况条件下的尿素结晶速率，并且基于某一尿素喷射量对应的区间确定出该特定工况条件下的尿素结晶速率因子，将该特定工况条件下的尿素结晶速率乘以特定工况条件下的尿素结晶速率因子得到该特定工况条件下的实际尿素结晶速率；
根据该特定工况条件下的实际尿素结晶速率确定一个采样周期内的尿素结晶量。
优选，该方法进一步包括：
标定尿素结晶量与结晶速率修正系数的曲线图；
采集该一个采样周期结束时的尿素结晶量并根据该尿素结晶量查询所述曲线图得到结晶速率修正系数；
将该特定工况条件下的实际尿素结晶速率乘以该结晶速率修正系数得到结晶量修正后的下一采样周期的尿素结晶速率；
根据该下一采样周期的尿素结晶速率确定下一采样周期内的尿素结晶量；
将上一采样周期内的尿素结晶量与下一采样周期内的尿素结晶量相加得到尿素总结晶量。
本发明的目的之二是通过如下技术方案实现的。
一种尿素结晶状态判定方法，根据前述尿素结晶量估算方法估算出的当前的结晶量；并基于发动机排气流量和排气温度标定尿素结晶平衡曲线；如果当前的结晶量小于尿素结晶平衡曲线上对应该排气流量和排气温度下的结晶限值，则此时没有处于结晶状态；如果当前的结晶量大于尿素结晶平衡曲线上对应该排气流量和排气温度下的结晶限值，则需结合当前稳定工况下的SCR实际转换效率进一步判定系统是否处于结晶状态。
所述进一步判定系统是否处于结晶状态的步骤具体包括：比较当前稳定工况下SCR实际转化效率与该工况的设定转化效率，如果实际转化效率与该工况的设定转化效率偏差较大，超过允许的偏差限值，则判定此时为结晶状态。
本发明的目的之三是通过如下技术方案实现的。
一种消除尿素结晶状态的方法，其特征在于，采用前述的尿素结晶状态判定方法，当判定当前工况处于结晶状态时,则触发消除结晶的请求。即当发动机运行条件允许时，发动机进入结晶消除模式，当尿素结晶量低于某一限值后，发动机回到正常模式。
本发明的优点在于：本发明利用基于结晶生成的速率因子和SCR转化效率预估SCR的结晶状态，能准确判断出SCR内的结晶状态并触发消除结晶的请求，防止结晶进一步化学反应成结石，提高SCR的转化效率的同时避免排气管腐蚀的风险。特别适用于排温较低且原排较高的机型。
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示出了基于发动机排气流量和排温得到的尿素结晶平衡线；
图2示出了根据本发明的实施方式的结晶量估算模型控制策略；
图3示出了根据本发明的实施方式的结晶消除请求控制流程图。
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。
图1示出了当发动机及后处理硬件确定后，基于发动机排气流量和排温获得的尿素结晶平衡线。将该尿素结晶平衡线称为临界线。在临界线之上，结晶速率可以忽略；在1区域结晶速率为正值，且温度越低、排气流量越低该值越大；在3区域结晶速率为负值，即处于除结晶状态，并且温度越高、排气流量越大，除结晶的速率越高。
在此基础上，提出尿素结晶量估算、结晶状态判定及结晶消除方法：
根据发动机运行工况，标定出在不同排气流量、排气温度工况条件下的多个尿素结晶速率MAP(MAP1，MAP2…)；
将尿素喷射量划分为多个区间，标定每个区间对应的尿素结晶速率因子；
在某一排气流量、某一排气温度以及某一尿素喷射量的特定工况条件下，基于对应的尿素结晶速率MAP确定出该特定工况条件下的尿素结晶速率，并且基于某一尿素喷射量对应的区间确定出该特定工况条件下的尿素结晶速率因子，将该特定工况条件下的尿素结晶速率乘以特定工况条件下的尿素结晶速率因子得到该特定工况条件下的实际尿素结晶速率；
根据该特定工况条件下的实际尿素结晶速率确定一个采样周期内的尿素结晶量。
进一步，控制策略如图2所示。其中尿素结晶速率因子依据前述标定查询。当尿素结晶出现时，结晶增长速率就会加快，即结晶量越多越容易结晶。因此，优选上述方法还包括：
标定尿素结晶量与结晶速率修正系数的曲线图；
采集该一个采样周期结束时的尿素结晶量(例如通过图2中示出的1/Z模块来实现)并根据该尿素结晶量查询所述曲线图得到结晶速率修正系数；
将该特定工况条件下的实际尿素结晶速率乘以该结晶速率修正系数得到结晶量修正后的下一采样周期的尿素结晶速率；
根据该下一采样周期的尿素结晶速率确定下一采样周期内的尿素结晶量；
将上一采样周期内的尿素结晶量与下一采样周期内的尿素结晶量相加得到尿素总结晶量。
当前结晶量如果大于结晶限值，则需进一步判定系统是否处于结晶状态。由于尿素结晶会降低尿素的混合、蒸发效果，影响NOx转化效率。因此当工况稳定时，需要计算当前的SCR转化效率。图3示出了本发明结晶消除请求控制流程图。通过比较实际转化效率与该工况的设定转化效率直接的偏差，如果偏差较大，超过允许的偏差限值，则认为此时为结晶状态，可触发消除结晶的请求。当发动机运行条件允许时，发动机进入结晶消除模式。当尿素结晶量低于某一限值后，发动机回到正常模式。
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 (6)

1.一种尿素结晶量估算方法，其特征在于所述方法包括：
根据发动机运行工况，标定出在不同排气流量、排气温度工况条件下的多个尿素结晶速率MAP(MAP1，MAP2…)；
将尿素喷射量划分为多个区间，标定每个区间对应的尿素结晶速率因子；
在某一排气流量、某一排气温度以及某一尿素喷射量的特定工况条件下，基于对应的尿素结晶速率MAP确定出该特定工况条件下的尿素结晶速率，并且基于某一尿素喷射量对应的区间确定出该特定工况条件下的尿素结晶速率因子，将该特定工况条件下的尿素结晶速率乘以特定工况条件下的尿素结晶速率因子得到该特定工况条件下的实际尿素结晶速率；
根据该特定工况条件下的实际尿素结晶速率确定一个采样周期内的尿素结晶量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
标定尿素结晶量与结晶速率修正系数的曲线图；
采集该一个采样周期结束时的尿素结晶量并根据该尿素结晶量查询所述曲线图得到结晶速率修正系数；
将该特定工况条件下的实际尿素结晶速率乘以该结晶速率修正系数得到结晶量修正后的下一采样周期的尿素结晶速率；
根据该下一采样周期的尿素结晶速率确定下一采样周期内的尿素结晶量；
将上一采样周期内的尿素结晶量与下一采样周期内的尿素结晶量相加得到尿素总结晶量。
3.一种尿素结晶状态判定方法，其特征在于，根据权利要求1或2所述的尿素结晶量估算方法估算出的当前的结晶量；并基于发动机排气流量和排气温度标定尿素结晶平衡曲线；如果当前的结晶量小于尿素结晶平衡曲线上对应该排气流量和排气温度下的结晶限值，则此时没有处于结晶状态；如果当前的结晶量大于尿素结晶平衡曲线上对应该排气流量和排气温度下的结晶限值，则需结合当前稳定工况下的SCR实际转换效率进一步判定系统是否处于结晶状态。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步判定系统是否处于结晶状态的步骤具体包括：比较当前稳定工况下SCR实际转化效率与该工况的设定转化效率，如果实际转化效率与该工况的设定转化效率偏差较大，超过允许的偏差限值，则判定此时为结晶状态。
5.一种消除尿素结晶状态的方法，其特征在于，采用权利要求3或4所述的尿素结晶状态判定方法，当判定当前工况处于结晶状态时,则触发消除结晶的请求。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当发动机运行条件允许时，发动机进入结晶消除模式，当尿素结晶量低于某一限值后，发动机回到正常模式。
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