CN108119209A - Scr催化器前端氨浓度修正方法及scr处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油发动机SCR前端氨浓度修正方法,通过获取SCR催化器前端NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值,计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度,将该仿真浓度作为反馈修正SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量。本发明还公开了一种SCR处理系统。本发明能对SCR催化器前端氨浓度进行准确修正，进而避免由于SCR催化器前端氨浓度错误造成的尿素过喷，降低柴油发动机的污染物排放，满足环保要求。

Description

SCR催化器前端氨浓度修正方法及SCR处理系统
技术领域
本发明涉及一种汽车领域，特别是涉及一种柴油发动机SCR催化器前端氨浓度修正方法。本发明还涉及一种柴油发动机SCR处理系统。
背景技术
柴油机因具有较高的热效率，较好的适应性，较强的耐久性，且输出的功率大而被广泛的用在汽车、轮船、坦克以及工程机械上。但是，据统计柴油汽车的NOX(氮氧化物)和颗粒物的排放占汽车污染物排放的70％，成为我国空气污染的重要来源之一。根据我国原油含硫量较多的国情，SCR+优化燃烧路线，即通过优化发动机缸内的燃烧降低颗粒物的生成，再利用SCR(选择性催化还原技术)技术选择性还原增加的NOX，成为控制柴油机排放的主流技术路线。为了满足日益严格的排放法规要求，必须采用闭环控制方法。大量专家学者对SCR催化器下游的NOX传感器作为后反馈构成闭环回路进行了研究。结果表明，当有NH3泄漏时，现有的NOX传感器和NH3存在交叉敏感性，会导致下游NOX传感器中NOX浓度明显增加。若直接采用NOX传感器读数作为反馈信号，会直接导致尿素过喷，形成正反馈。因此，解决交叉敏感问题是实现闭环控制的核心问题。
在现有技术中，通常使用以下两种方法来消除交叉敏感性带来的影响。一种方法是通过比较实际转化效率和转化效率MAP图的误差值，采用不同修正系数，对喷射量进行修正。但是，这种方法对温度范围要求严格，并且修正系数的选取比较困难。另一种方法是根据传感器特点和各方面因素对后处理系统的影响，把交叉敏感因素设定为具体常数来弥补由交叉敏感性导致的传感器模型的误差。然而，传感器之间的交叉敏感因素是不同的，并且可能是随时间和环境而改变的。由此可见，这两种方法在理论上存在一定的弊端。同时可能会出现对传感器误差估计不准确等情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能对柴油发动机柴油发动机SCR催化器前端氨浓度修正方法，进而避免由于SCR催化器前端氨浓度错误造成的尿素过喷。
本发明还提供了一种能对SCR催化器前端氨浓度进行准确修正的SCR处理系统，进而避免由于SCR催化器前端氨浓度错误造成的尿素过喷。
为解决上述技术问题，本发明提供的柴油发动机SCR催化器前端氨浓度修正方法，包括：
1)获取SCR催化器前端NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值；
2)根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应建立模型结合步骤1)的参数计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度；
SCR催化器后端NOX的仿真浓度通过以下方式计算获得：
X＝ad,de,ox,re，ad表示吸附，de表示解吸附，ox表示氧化，re表示还原，为排气管中氨的浓度，CNO为排气管中NOX浓度，为SCR催化器前端氨的浓度即SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量；CNO，in为发动机产生的NOX浓度仿真值，F为排气流量，V为催化器体积；
3)利用非线性最小二乘法结合台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算；
(y＝f(x，θ)，经过N次实验取得数据(x1,y1),(x2,y2),…,(xn，yn),目标函数为(非线性最小二乘法的基本公式)，使Q趋向于极小便得到参数计算值。
4)将CNO，in作为反馈修正SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量。
修正尿素喷射量采用：根据发动机工况及工作原理查标定MAP可得相应工况下的基本尿素喷射量。相应温度下的转化效率与基本喷射量相乘可得到稳态修正喷射量。根据不同温度、负荷、和氨存储情况对尿素喷射量影响的情况，对尿素进行瞬态修正。
本发明提供一种SCR处理系统，SCR控制单元通过CAN总线连接柴油发动机的ECU，SCR控制单元分别连接SCR催化器前端尿素喷嘴和SCR催化器前端NOX传感器，SCR控制单元包括：
SCR催化器前端参数获取模块，获取SCR上游NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值；
尿素喷射计算模块，根据SCR催化器前端反馈控制模块反馈的SCR催化器后端NOX的仿真浓度计算第一次修正的尿素喷射量；
SCR催化器前端反馈控制模块，根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应和SCR催化器前端参数获取模块获取的数据计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度；
将NOX的仿真浓度作为SCR催化器前端反馈输出至尿素喷射计算模块。
其中，SCR催化器后端NOX的仿真浓度通过以下方式计算获得：
X＝ad,de,ox,re，ad表示吸附，de表示解吸附，ox表示氧化，re表示还原，为排气管中氨的浓度，CNO为排气管中NOX浓度，为SCR催化器前端氨的浓度即SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量；CNO，in为发动机产生的NOX浓度仿真值，F为排气流量，V为催化器体积；
利用非线性最小二乘法根据台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算。
本发明的SCR催化器氨浓度修正方法通过获取SCR催化器前端NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值。根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应氮氧化物的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度。将该SCR催化器后端NOX的仿真浓度作为反馈修正SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量(前端修正)。本发明把柴油发动机控制策略和化学反应整合为前端尿素SCR反馈控制。采用计算获得的NOX传感器浓度作为反馈修正尿素喷射量，构成前端反馈SCR控制。本发明能降低柴油发动机的污染物排放，满足环保要求。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是SCR处理系统结构示意图。
具体实施方式
本发明一种柴油发动机SCR催化器氨浓度修正方法，包括：
获取SCR催化器前端NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值。
根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应氮氧化物的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度；
尿素的热解和水解反应；
尿素在经过蒸发、热解、水解等反应后生成氨气，尿素的蒸发：
NH2-CO-NH2表示固体氨；
尿素的热解：
尿素的水解：HNCO+H2O→NH3+CO2
氨的吸附与解吸附。
进入到SCR催化器内部的氨，在催化剂载体上时进行着吸附与解吸附的反应。
θfree为吸附在催化剂载体上未被消耗掉的氨；
为吸附在在催化剂载体上的氨；
吸附与解吸附的反应速率可描述为：
Rx为相关化学反应速率；T为温度；E、K为常数；R理想气体常数；为氨吸附率；
为吸附在催化剂表面氨的摩尔总数；Θ为氨吸附极限，与温度相关。
NOX的催化还原反应氮氧化物的催化还原反应主要包括以下反应；
在柴油机的尾气排放中，NOX以NO为主，NO通常占NOX含量的85％～95％，由已知是催化还原反应中的最主要反应，被称为“标准SCR反应”。其中NOX的反应速率可用下式表示：
NH3的氧化；
当SCR系统当温度高于450度时，NH3的氧化也变成了非常重要的反应，反应方程式和反应速率可用下式表示：
尿素SCR化学反应；
动态化学反应模型可以依据根据化学反应速率和摩尔守恒建立。建立以下表达式：
NOX、NH3和氨吸附率化学反应动力学方程建立SCR催化器后端NOX的仿真浓度计算公式如下：
X＝ad,de,ox,re，ad表示吸附，de表示解吸附，ox表示氧化，re表示还原，为排气管中氨的浓度，CNO为排气管中NOX浓度，为SCR催化器前端氨的浓度即SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量；CNO，in为发动机产生的NOX浓度仿真值，F为排气流量，V为催化器体积；
将CNO，in作为反馈修正SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量。
使用下面表1中的所列参数，通过非线性最小二乘法，对台架实验数据进行计算，得到公式(1)中的rx的值。
表1
本发明提供一种SCR处理系统，SCR控制单元通过CAN总线连接柴油发动机的ECU，SCR控制单元分别连接SCR催化器前端尿素喷嘴和SCR催化器前端NOX传感器，SCR控制单元包括：
SCR催化器前端参数获取模块，获取SCR上游NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值；
尿素喷射计算模块，根据SCR催化器前端反馈控制模块反馈的SCR催化器后端NOX的仿真浓度计算第一次修正的尿素喷射量；
SCR催化器前端反馈控制模块，根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应和SCR催化器前端参数获取模块获取的数据计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度；
将NOX的仿真浓度作为SCR催化器前端反馈输出至尿素喷射计算模块。
其中，SCR催化器后端NOX的仿真浓度通过以下方式计算获得：
X＝ad,de,ox,re，ad表示吸附，de表示解吸附，ox表示氧化，re表示还原，为排气管中氨的浓度，CNO为排气管中NOX浓度，为SCR催化器前端氨的浓度即SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量；CNO，in为发动机产生的NOX浓度仿真值，F为排气流量，V为催化器体积；
利用非线性最小二乘法根据台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种柴油发动机SCR催化器前端氨浓度修正方法，其特征在于，包括：
1)获取SCR催化器前端NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值；
2)根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应建立模型结合步骤1)的参数计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度；
3)根据台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算；
4)将CNO，in作为反馈修正SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量。
2.如权利要求1所述的柴油发动机SCR催化器前端氨浓度修正方法，其特征在于：
SCR催化器后端NOX的仿真浓度通过以下方式计算获得：
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公式(1)；
X＝ad,de,ox,re，ad表示吸附，de表示解吸附，ox表示氧化，re表示还原，为排气管中氨的浓度，CNO为排气管中NOX浓度，为SCR催化器前端氨的浓度即SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量；CNO，in为发动机产生的NOX浓度仿真值，F为排气流量，V为催化器体积。
3.如权利要求1所述的柴油发动机SCR催化器前端氨浓度修正方法，其特征在于：利用非线性最小二乘法根据台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算。
4.一种柴油发动机SCR处理系统，SCR控制单元通过CAN总线连接柴油发动机的ECU，SCR控制单元分别连接SCR催化器前端尿素喷嘴和SCR催化器前端NOX传感器其特征在于，SCR控制单元包括：
SCR催化器前端参数获取模块，获取SCR上游NOX浓度、柴油发动机转速值、柴油发动机转矩值、SCR催化器入口温度值和计算排气质量流量值；
尿素喷射计算模块，根据SCR催化器前端反馈控制模块反馈的SCR催化器后端NOX的仿真浓度计算第一次修正的尿素喷射量；
SCR催化器前端反馈控制模块，根据尿素的热解和水解反应、氨的吸附与解吸附、NOX的催化还原反应、NH3的氧化和尿素SCR催化器化学反应和SCR催化器前端参数获取模块获取的数据计算获得SCR催化器后端NOX的仿真浓度；
将NOX的仿真浓度作为SCR催化器前端反馈输出至尿素喷射计算模块。
5.如权利要求4所述的柴油发动机SCR处理系统，其特征在于：SCR催化器后端NOX的仿真浓度通过以下方式计算获得：
X＝ad,de,ox,re，ad表示吸附，de表示解吸附，ox表示氧化，re表示还原，为排气管中氨的浓度，CNO为排气管中NOX浓度，为SCR催化器前端氨的浓度即SCR催化器前端尿素喷嘴喷射量；CNO，in为发动机产生的NOX浓度仿真值，F为排气流量，V为催化器体积；
根据台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算。
6.如权利要求4所述的柴油发动机SCR处理系统，其特征在于：利用非线性最小二乘法根据台架试验测试数据，对公式(1)进行CNO，in参数计算。
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