CN106948908B - 一种钒基scr主动再生系统控制方法及控制装置 - Google Patents

一种钒基scr主动再生系统控制方法及控制装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种钒基SCR主动再生系统控制方法及控制装置，其中控制方法，包括：获取SCR上游温度和排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值和第二设定值，第二设定值大于第一设定值；获取发动机转速和喷油量，制定DOC后温度设定值；确定SCR上游温度与第一设定值和第二设定值的大小关系；若SCR上游温度超过第一设定值且未超过第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低喷油量；若超过第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，同时直接降低喷油量，以使SCR上游温度满足预设要求。利用SCR上游温度及变化梯度制定双闭环控制，通过控制SCR前温度，满足欧六钒基SCR的使用标准，减小SCR系统。

Description

一种钒基SCR主动再生系统控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及尾气净化技术领域，尤其涉及一种钒基SCR(Selective CatalyticReduction，选择性催化还原反应器)主动再生系统控制方法及控制装置。
背景技术
选择性还原反应系统是一种在车用柴油机尾气中喷射液体尿素溶液，并使其在高温尾气中蒸发成氨气与柴油机排出的氮氧化物NOx，在催化器中的催化剂作用下，发生还原反应，从而极大降低NOx值直至满足排放法规要求的一种装置。
现有的欧六技术路线中，由于欧六排放需求中增加对碳颗粒的要求，因此需增加DPF(diesel particulate filter，颗粒过滤器)，对于排温低的机型，主动再生成为主流，但目前欧六技术路线中的SCR系统主要为铜基SCR系统，其成本较高，经济效益较差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种钒基SCR主动再生系统控制方法及控制装置，以解决现有技术中铜基SCR系统的成本较高，经济效益较差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钒基SCR主动再生系统控制方法，包括：
获取SCR上游温度和排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值和第二设定值，所述第二设定值大于所述第一设定值；
获取发动机转速和喷油量，制定DOC后温度设定值；
获取主动再生请求；
确定所述SCR上游温度与所述第一设定值和所述第二设定值的大小关系；
若所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，降低喷油量，使SCR上游温度满足预设要求；
若所述SCR上游温度超过所述第二设定值，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，以降低所述喷油量，同时直接降低所述喷油量，以使所述SCR上游温度满足预设要求。
优选地，所述获取主动再生请求具体包括：
判断DOC上游温度传感器测得的实际温度值是否达到DOC前温度设定值，若是，则HC喷射系统开始起喷燃油，进行主动再生，获取主动再生请求。
优选地，所述输出DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，降低所述喷油量，使所述SCR上游温度满足预设要求，具体包括：
通过所述第一设定值与当前值进行PD控制，输出所述DOC后温度设定值修正值；
其中，所述当前值为所述SCR上游温度经过线性计算得到的值。
优选地，所述直接降低所述喷油量具体包括：
通过所述第二设定值与当前值进行PID控制，得到PID控制参数，以直接降低所述喷油量；
其中，所述当前值为所述SCR上游温度经过线性计算得到的值。
优选地，在所述获取主动再生请求之前还包括：
判断所述钒基SCR主动再生系统是否故障；
若是，则报警及屏蔽所述主动再生请求。
本发明还提供一种钒基SCR主动再生系统控制装置，包括：
获取模块，用于获取SCR上游温度、排气流量、发动机转速和喷油量，以及主动再生请求；
第一制定设定值模块，用于根据所述SCR上游温度和所述排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值和第二设定值，所述第二设定值大于所述第一设定值；
第二制定设定值模块，用于根据所述发动机转速和所述喷油量，制定DOC后温度设定值；
确定模块，用于确定所述SCR上游温度与所述第一设定值和所述第二设定值的大小关系；
执行模块，根据所述确定模块的输出结果，执行相应动作，所述输出结果包括：所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值；和所述SCR上游温度超过所述第二设定值。
优选地，所述相应动作具体包括：
若所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，降低所述喷油量，使所述SCR上游温度满足预设要求；
若所述SCR上游温度超过所述第二设定值，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，以降低所述喷油量，同时直接降低所述喷油量，以使所述SCR上游温度满足预设要求。
优选地，还包括：判断模块，用于判断所述钒基SCR主动再生系统是否故障。
优选地，还包括：报警和屏蔽模块，用于报警及屏蔽所述主动再生请求。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的钒基SCR主动再生系统控制方法，利用SCR上游温度及变化梯度制定双闭环控制，通过控制SCR上游温度，满足欧六钒基SCR的使用标准，从而将SCR上游温度控制在550℃以内，使得钒基SCR挥发性小，满足欧六排放的要求，进而使用钒基SCR主动再生系统替代了现有技术中的铜基SCR系统，在满足欧六排放要求的基础上，减小了SCR系统的成本，提高了经济效益。
本发明还提供一种与上述钒基SCR主动再生系统控制方法对应的控制装置，用于实现上述钒基SCR主动再生系统控制方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种钒基SCR主动再生系统控制方法流程逻辑图；
图2为本发明实施例提供的一种钒基SCR主动再生系统控制方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种钒基SCR主动再生系统控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
术语解释：
HC喷射：碳氢喷射；
P：比例控制，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差；
I：积分控制，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳态误差；
D：微分控制，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
PID：比例积分微分控制；
PD：比例微分控制；
DOC：Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化器，用于去除柴油机尾气中的HC、CO和SOF等物质，同时将尾气中的NO氧化为NO2。
现有欧六主动再生技术路线中SCR系统为铜基SCR系统或者铁基SCR系统，而没有价格低廉的钒基SCR系统的应用，这是因为钒基SCR系统是将钒基催化剂涂覆在堇青石上，具有高温挥发性，气态有毒。根据最新法规要求，温度控制在550℃以内时，钒基SCR的挥发性小，在满足排放的前提下可使用。
另外，通过基于DOC(氧化催化剂)模型的控制可精确控制DOC后端的温度(也即SCR上游温度)，然而DPF后端的温度由于DPF内的碳载量和分布预估存在偏差，导致DPF后的温度波动较大，使用铜基SCR系统或铁基SCR系统时，温度波动对铜基或铁基SCR系统影响较小，但如果使用钒基SCR，则必须精确控制DPF后的温度(即SCR上游温度)在法规要求的范围内。
基于此，本发明提供一种钒基SCR主动再生系统控制方法，包括：
获取SCR上游温度和排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值和第二设定值，所述第二设定值大于所述第一设定值；
获取发动机转速和喷油量，制定DOC后温度设定值；
获取主动再生请求；
确定所述SCR上游温度与所述第一设定值和所述第二设定值的大小关系；
若所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，降低所述喷油量，使所述SCR上游温度满足预设要求；
若所述SCR上游温度超过所述第二设定值，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，以降低所述喷油量，同时直接降低所述喷油量，以使所述SCR上游温度满足预设要求。
本发明提供的钒基SCR主动再生系统控制方法，利用SCR上游温度及变化梯度制定双闭环控制，第一层闭环控制为：当所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值时，修正控制喷油量的其中一个节点，即DOC后温度设定值，从而降低喷油量，进而降低SCR上游温度；第二层闭环控制为：当所述SCR上游温度超过所述第二设定值时，为避免SCR上游温度进一步上升，则在进行第一层闭环控制的同时，增加直接降低喷油量的控制，从而使得喷油量快速下降，使得SCR上游温度满足法规要求。
本发明通过控制SCR上游温度，满足欧六钒基SCR的使用标准，从而将SCR上游温度控制在550℃以内，使得钒基SCR挥发性小，满足欧六排放的要求，进而使用钒基SCR主动再生系统替代了现有技术中的铜基SCR系统，在满足欧六排放要求的基础上，减小了SCR系统的成本，提高了经济效益。
具体的，请参见图1和图2，其中，图1为本发明实施例提供的一种钒基SCR主动再生系统控制方法流程逻辑图；图2为本发明实施例提供的一种钒基SCR主动再生系统控制方法流程图。所述钒基SCR主动再生系统控制方法包括如下步骤：
步骤S101：获取SCR上游温度和排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值MAP1和第二设定值MAP2，所述第二设定值MAP2大于所述第一设定值MAP1；
如图1所示的逻辑图中，通过获取SCR上游温度与排气流量，制定不同的SCR温度梯度设定值MAP，包括MAP1和MAP2。其中，所述SCR温度梯度为SCR上游温度传感器在单位时间内的变化量。本实施例中不限定第一设定值的具体大小以及第二设定值的具体大小，可以根据实际情况，以及SCR上游温度与排气流量进行具体设置，需要说明的是，本实施例中提供的双层闭环控制的控制节点位置不同，因此，所述第二设定值大于第一设定值。
步骤S102：获取发动机转速和喷油量，制定DOC后温度设定值MAP；
DOC前温度设定值是指DOC起喷HC燃油时的设定温度，需要进行主动再生时，DOC上游温度传感器测得的实际温度值达到该设定值时，HC喷射系统开始起喷燃油进行再生模式。
DOC后温度设定值是基于发动机转速和喷油量的一张MAP，DOC后温度设定值可由DOC模型精确控制。
步骤S103：获取主动再生请求；
需要说明的是，本发明实施例中，若由于HC喷嘴及温度传感器的故障导致SCR上游温度超过限制的部分，可以综合在此控制方法内即可，如果是主动再生前的故障，通过报警及屏蔽主动再生请求；如果在主动再生过程中发生故障，视故障类型及级别，分别给予限速降扭及中断再生的处理方式。
因此，在所述获取主动再生请求之前还包括：判断所述钒基SCR主动再生系统是否故障；若是，则报警及屏蔽所述主动再生请求。所述获取主动再生请求具体包括：判断DOC上游温度传感器测得的实际温度值是否达到DOC前温度设定值，若是，则HC喷射系统开始起喷燃油，进行主动再生，获取主动再生请求。
步骤S104：确定所述SCR上游温度与所述第一设定值MAP1和所述第二设定值MAP2的大小关系；
本实施例中提供的控制方法主要用于控制SCR上游温度，因此，只有当SCR上游温度升高时，才进行控制。因此，SCR上游温度与所述第一设定值MAP1和所述第二设定值MAP2的大小关系包括：SCR上游温度超过所述第一设定值MAP1，且未超过所述第二设定值MAP2，以及SCR上游温度超过所述第二设定值MAP2。
本实施例中设定了双层闭环控制，当SCR上游温度上升至在一定可控范围之内时，仅采用一层闭环控制；当SCR上游温度上升过快，可能超过法定限值时，为避免SCR上游温度进一步上升，采用双层闭环控制，将喷油量快速降低，从而使得SCR上游温度满足法规要求。因此，针对不同的情况包括以下控制步骤：
步骤S1051：若所述SCR上游温度超过所述第一设定值MAP1，且未超过所述第二设定值MAP2，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低DOC后温度设定值，降低喷油量，使SCR上游温度满足预设要求；
所述输出DOC后温度设定值修正值，以降低DOC后温度设定值，降低喷油量，使SCR上游温度满足预设要求，具体包括：通过所述第一设定值与当前值进行PD控制，输出所述DOC后温度设定值修正值；其中，所述当前值为所述SCR上游温度经过线性计算得到的值。
如图1中的逻辑图所示，SCR上游温度经过K、T、R、RV线性计算得到SCR上游温度当前值，将SCR上游温度梯度第一设定值与该当前值进行PD控制，再比较最大值和最小值，从而输出DOC后温度设定值修正值，对DOC后温度设定值进行修正，得到修正后的DOC后温度设定值。输入至DOC模型中，降低DOC需求HC喷射量，进而降低DFC需求HC喷射量，也即降低了喷油量，进而控制SCR上游温度降低，使得SCR上游温度满足法规要求，避免钒基SCR的挥发，保证了钒基SCR系统的使用。其中，DOC模型为现有技术公知内容，本实施例中对此不做赘述，请参考图1所示。
步骤S1052：若所述SCR上游温度超过所述第二设定值MAP2，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低DOC后温度设定值，以降低喷油量，同时直接降低喷油量，以使SCR上游温度满足预设要求。
所述直接降低喷油量具体包括：通过所述第二设定值与当前值进行PID控制，得到PID控制参数，以直接降低喷油量；其中，所述当前值为所述SCR上游温度经过线性计算得到的值。
本发明提供的钒基SCR主动再生系统控制方法，利用SCR上游温度及变化梯度制定双闭环控制，第一层闭环控制为：当所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值时，修正控制喷油量的其中一个节点，即DOC后温度设定值，从而降低喷油量，进而降低SCR上游温度；第二层闭环控制为：当所述SCR上游温度超过所述第二设定值时，为避免SCR上游温度进一步上升，则在进行第一层闭环控制的同时，增加直接降低喷油量的控制，从而使得喷油量快速下降，使得SCR上游温度满足法规要求。
通过控制SCR上游温度，满足欧六钒基SCR的使用标准，从而将SCR上游温度控制在550℃以内，使得钒基SCR挥发性小，满足欧六排放的要求，进而使用钒基SCR主动再生系统替代了现有技术中的铜基SCR系统，在满足欧六排放要求的基础上，减小了SCR系统的成本，提高了经济效益。
请参见图3所示，图3为本发明实施例提供的一种钒基SCR主动再生系统控制装置结构示意图，其中，所述钒基SCR主动再生系统控制装置，包括：
获取模块11，用于获取SCR上游温度、排气流量、发动机转速和喷油量，以及主动再生请求；
第一制定设定值模块12，用于根据所述SCR上游温度和所述排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值MAP1和第二设定值MAP2，所述第二设定值MAP2大于所述第一设定值MAP1；
第二制定设定值模块13，用于根据所述发动机转速和所述喷油量，制定DOC下游温度设定值MAP；
确定模块14，用于确定所述SCR上游温度与所述第一设定值和所述第二设定值的大小关系；
执行模块15，根据所述判断模块的输出结果，执行相应动作，所述输出结果包括：所述SCR上游温度超过所述第一设定值MAP1，且未超过所述第二设定值MAP2；和所述SCR上游温度超过所述第二设定值MAP2。
其中，所述相应动作具体包括：若超过所述第一设定值MAP1，且未超过所述第二设定值MAP2，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低DOC后温度设定值，降低喷油量，使SCR上游温度满足预设要求；若超过所述第二设定值MAP2，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低DOC后温度设定值，以降低喷油量，同时直接降低喷油量，以使SCR上游温度满足预设要求。
需要说明的是，本发明实施例中所述钒基SCR主动再生系统控制装置还包括：判断模块16，用于判断所述钒基SCR主动再生系统是否故障。还包括：报警和屏蔽模块17，用于报警及屏蔽所述主动再生请求。
本发明提供的与上述钒基SCR主动再生系统控制方法对应的控制装置，用于实现上述钒基SCR主动再生系统控制方法，利用SCR上游温度及变化梯度制定双闭环控制，通过控制SCR上游温度，满足欧六钒基SCR的使用标准，从而将SCR上游温度控制在550℃以内，使得钒基SCR挥发性小，满足欧六排放的要求，进而使用钒基SCR主动再生系统替代了现有技术中的铜基SCR系统，在满足欧六排放要求的基础上，减小了SCR系统的成本，提高了经济效益。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种钒基SCR主动再生系统控制方法，其特征在于，包括：
获取SCR上游温度和排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值和第二设定值，所述第二设定值大于所述第一设定值；
获取发动机转速和喷油量，制定DOC后温度设定值；
获取主动再生请求；
确定所述SCR上游温度与所述第一设定值和所述第二设定值的大小关系；
若所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，降低所述喷油量，使所述SCR上游温度满足预设要求；所述输出DOC后温度设定值修正值具体包括：通过所述第一设定值与当前值进行PD控制，输出所述DOC后温度设定值修正值；
若所述SCR上游温度超过所述第二设定值，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，以降低所述喷油量，同时直接降低所述喷油量，以使所述SCR上游温度满足预设要求；所述直接降低所述喷油量具体包括：通过所述第二设定值与当前值进行PID控制，得到PID控制参数，以直接降低所述喷油量；
其中，所述当前值为所述SCR上游温度经过线性计算得到的值。
2.根据权利要求1所述的钒基SCR主动再生系统控制方法，其特征在于，所述获取主动再生请求具体包括：
判断DOC上游温度传感器测得的实际温度值是否达到DOC前温度设定值，若是，则HC喷射系统开始起喷燃油，进行主动再生，获取主动再生请求。
3.根据权利要求1所述的钒基SCR主动再生系统控制方法，其特征在于，在所述获取主动再生请求之前还包括：
判断所述钒基SCR主动再生系统是否故障；
若是，则报警及屏蔽所述主动再生请求。
4.一种钒基SCR主动再生系统控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取SCR上游温度、排气流量、发动机转速和喷油量，以及主动再生请求；
第一制定设定值模块，用于根据所述SCR上游温度和所述排气流量，制定SCR温度梯度第一设定值和第二设定值，所述第二设定值大于所述第一设定值；
第二制定设定值模块，用于根据所述发动机转速和所述喷油量，制定DOC后温度设定值；
确定模块，用于确定所述SCR上游温度与所述第一设定值和所述第二设定值的大小关系；
执行模块，根据所述确定模块的输出结果，执行相应动作，所述输出结果包括：所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值；和所述SCR上游温度超过所述第二设定值；
所述相应动作具体包括：
若所述SCR上游温度超过所述第一设定值，且未超过所述第二设定值，则输出DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，降低所述喷油量，使所述SCR上游温度满足预设要求；所述输出DOC后温度设定值修正值具体包括：通过所述第一设定值与当前值进行PD控制，输出所述DOC后温度设定值修正值；
若所述SCR上游温度超过所述第二设定值，则输出所述DOC后温度设定值修正值，以降低所述DOC后温度设定值，以降低所述喷油量，同时直接降低所述喷油量，以使所述SCR上游温度满足预设要求；所述直接降低所述喷油量具体包括：通过所述第二设定值与当前值进行PID控制，得到PID控制参数，以直接降低所述喷油量；
其中，所述当前值为所述SCR上游温度经过线性计算得到的值。
5.根据权利要求4所述的钒基SCR主动再生系统控制装置，其特征在于，还包括：判断模块，用于判断所述钒基SCR主动再生系统是否故障。
6.根据权利要求5所述的钒基SCR主动再生系统控制装置，其特征在于，还包括：报警和屏蔽模块，用于报警及屏蔽所述主动再生请求。
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