CN109404108A - 一种用于柴油机NOx排放值的计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域,具体公开了一种用于柴油机NOX排放值的计算方法,其中,用于柴油机NOX排放值的计算方法包括:根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;根据尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;计算氨分布均匀性系数,并根据氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;根据氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。本发明还公开了一种用于柴油机NOX排放值的计算装置。本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法提高了NOX排放值计算的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域,尤其涉及一种用于柴油机NOX排放值的计算方法及用于柴油机NOX排放值的计算装置。
背景技术
汽车发动机的气态有害排放物和颗粒排放是主要的大气污染源,为了控制发动机的排放各国的排放标准越来越严格。欧Ⅵ排放标准对HC、CO、NOX、氨和颗粒排放的限制要求都极为严格。目前降低NOX排放的主要方法是利用SCR(Selective Catalytic Reduction)技术通过喷入还原剂氨或尿素,对氮氧化物进行选择性催化还原,还原成N2和H2O,从而达到减排的目的。
SCR技术降低NOx排放的工作过程主要是尿素通过喷嘴喷入SCR前的混合器前,喷入后的尿素水解热后生成NH3,与排气中的NOX反应生成N2和水。
目前,计算柴油机NOX排放值有两种方法:第一种是通过化学反应动力学模型计算;第二种是NOX转化效率MAP计算。两种方法都需要通过小样实验,但方法一需要将氨吸附脱附、氨的氧化、一氧化氮的氧化、标准反应、快速反应、慢速反应逐一单独标定;方法二相对较容易,不需要单反应分开标定,只需标定出常用工况的转化效率MAP。两种方法都无法准确直接的用于国六法规下的排放计算。两种方法均忽略了氨分布均匀性对NOX转化效率的影响;第二种在计算发动机瞬态循环排放时忽略了1S时间内氨存储对NOX转化效率的影响。
因此,如何提供一种准确计算柴油机NOX排放值的方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种用于柴油机NOX排放值的计算方法及用于柴油机NOX排放值的计算装置,以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面,提供一种用于柴油机NOX排放值的计算方法,其中,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法包括:
根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;
根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;
计算氨分布均匀性系数,并根据所述氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;
根据所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;
根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。
优选地,所述根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算不同工况的初始NOX转化效率包括:
根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积选择转化效率路径;
根据选定的转换效率路径计算相应的初始NOX转化效率;
其中,所述转化效率路径包括根据SCR化学反应动力学模型计算初始NOX转化效率或根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率。
优选地,当转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法还包括在根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值步骤前进行的:
计算每个工况点的第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值;
根据所述氨存储量对初始NOX转化效率的修正值以及所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率。
优选地,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法还包括在所述根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量步骤前进行的:
判断尿素起喷温度是否大于预设起喷温度;
若所述尿素起喷温度大于所述预设起喷温度,则控制尿素喷射。
优选地,所述预设起喷温度包括180℃。
优选地,所述根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值包括:
根据所述修正后的NOX转化效率计算转化的NOX值;
将原机NOX排放值减去NOX值得到最终的NOX排放值。
优选地,所述氨分布均匀性系数的计算公式为:
其中,NH3_UI表示氨分布均匀性,c表示NOX的浓度,c表示NOX的浓度均值,n表示SCR载体横截面上被划分的份数。
作为本发明的第二个方面,提供一种用于柴油机NOX排放值的计算装置,其中,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置包括:
尿素喷射量计算模块,所述尿素喷射量计算模块用于根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;
转化效率计算模块,所述转化效率计算模块用于根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;
氨均匀性修正模块,所述氨均匀性修正模块用于计算氨分布均匀性系数,并根据所述氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;
修正后的转化效率计算模块,所述修正后的转化效率计算模块用于根据所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;
NOX排放值计算模块,NOX排放值计算模块用于根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。
优选地,所述转化效率计算模块包括:
路径选择单元,所述路径选择单元用于根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积选择转化效率路径;
计算单元,所述计算单元用于根据选定的转换效率路径计算相应的初始NOX转化效率;
其中,所述转化效率路径包括根据SCR化学反应动力学模型计算初始NOX转化效率或根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率。
优选地,当转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置还包括:
第一个单位时间间隔内氨存储量修正模块,所述第一个单位时间间隔内氨存储量修正模块用于计算每个工况点的第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值;
所述修正后的转化效率计算模块还用于根据所述氨存储量对初始NOX转化效率的修正值以及所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率。
本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法,通过计算尿素喷射量,然后根据尿素喷射量等参数计算每个工况点的初始NOX转化效率,再通过氨分布均匀性系数对初始NOX转化效率进行修正得到修正后的NOX转化效率,最后根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值,本发明提供的这种用于柴油机NOX排放值的计算方法由于考虑了氨分布均匀性对NOX转化效率的修正,从而能够保证NOX排放值计算的准确性。因此,本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法提高了NOX排放值计算的准确性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法的流程图。
图2为本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算装置的结构框图。
图3为本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法的计算逻辑图。
图4为本发明提供的转化效率模块的具体实施方式图。
图5为本发明提供的示例性实时方式中的发动机后处理系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
作为本发明的第一个方面,提供一种用于柴油机NOX排放值的计算方法,其中,如图1所示,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法包括:
S110、根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;
S120、根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;
S130、计算氨分布均匀性系数,并根据所述氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;
S140、根据所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;
S150、根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。
本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法,通过计算尿素喷射量,然后根据尿素喷射量等参数计算每个工况点的初始NOX转化效率,再通过氨分布均匀性系数对初始NOX转化效率进行修正得到修正后的NOX转化效率,最后根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值,本发明提供的这种用于柴油机NOX排放值的计算方法由于考虑了氨分布均匀性对NOX转化效率的修正,从而能够保证NOX排放值计算的准确性。因此,本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算方法提高了NOX排放值计算的准确性。
作为初始NOX转化效率的计算的具体实施方式,所述根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算不同工况的初始NOX转化效率包括:
根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积选择转化效率路径;
根据选定的转换效率路径计算相应的初始NOX转化效率;
其中,所述转化效率路径包括根据SCR化学反应动力学模型计算初始NOX转化效率或根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率。
具体地,当转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法还包括在根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值步骤前进行的:
计算每个工况点的第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值;
根据所述氨存储量对初始NOX转化效率的修正值以及所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率。
需要说明的是,在根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,需要考虑每个工况点第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值,这样能够保证NOX排放值计算的准确性。
具体地,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法还包括在所述根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量步骤前进行的:
判断尿素起喷温度是否大于预设起喷温度;
若所述尿素起喷温度大于所述预设起喷温度,则控制尿素喷射。
优选地,所述预设起喷温度包括180℃。
具体地,所述根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值包括:
根据所述修正后的NOX转化效率计算转化的NOX值;
具体地,将原机NOX排放值减去NOX值得到最终的NOX排放值。
所述氨分布均匀性系数的计算公式为:
其中,NH3_UI表示氨分布均匀性,c表示NOX的浓度,表示NOX的浓度均值,n表示SCR载体横截面上被划分的份数。
作为本发明的第二个方面,提供一种用于柴油机NOX排放值的计算装置,其中,如图2所示,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置100包括:
尿素喷射量计算模块110,所述尿素喷射量计算模块110用于根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;
转化效率计算模块120,所述转化效率计算模块120用于根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;
氨均匀性修正模块130,所述氨均匀性修正模块130用于计算氨分布均匀性系数,并根据所述氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;
修正后的转化效率计算模块140,所述修正后的转化效率计算模块140用于根据所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;
NOX排放值计算模块150,NOX排放值计算模块150用于根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。
本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算装置,通过计算尿素喷射量,然后根据尿素喷射量等参数计算每个工况点的初始NOX转化效率,再通过氨分布均匀性系数对初始NOX转化效率进行修正得到修正后的NOX转化效率,最后根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值,本发明提供的这种用于柴油机NOX排放值的计算装置由于考虑了氨分布均匀性对NOX转化效率的修正,从而能够保证NOX排放值计算的准确性。因此,本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算装置提高了NOX排放值计算的准确性。
作为所述转化效率计算模块的具体实施方式,所述转化效率计算模块包括:
路径选择单元,所述路径选择单元用于根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积选择转化效率路径;
计算单元,所述计算单元用于根据选定的转换效率路径计算相应的初始NOX转化效率;
其中,所述转化效率路径包括根据SCR化学反应动力学模型计算初始NOX转化效率或根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率。
进一步具体地,当转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置还包括:
第一个单位时间间隔内氨存储量修正模块,所述第一个单位时间间隔内氨存储量修正模块用于计算每个工况点的第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值;
所述修正后的转化效率计算模块还用于根据所述氨存储量对初始NOX转化效率的修正值以及所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率。
下面结合图1~图4对本发明提供的用于柴油机NOX排放值的计算装置的工作过程进行详细说明。
需要说明的是,图3所示示意图时以转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率为例说明的。
首先尿素喷射量计算模块110计算出催化后能够使排放满足要求的理论尿素喷射量,NOX转化效率根据尿素喷射量、排气流量、排气温度等条件计算出NOX转化效率,氨存储量修正模块计算出第一个单位时间间隔内的氨存储量对转化效率的修正值,氨分布均匀性修正模块根据SCR前端面氨气和空气的混合情况计算出氨分布均匀性对转化效率的修正值,NOX计算模块即是将第一个单位时间间隔内的氨存储量对转化效率的修正值和氨分布均匀性对转化效率的修正值修正于NOX的转化效率,得到最终的转化效率。至此原机排放的NOX量减去基于最终转化效率转化的NOX,便计算出最终NOX的排放值。
需要说明的是,尿素起喷温度模块是要监测尿素喷射温度,只有在温度高于180度才开始喷尿素。
如图4所示的转化效率的两条路径:第一条路径是通过SCR化学反应动力学模型计算NOX转化效率,第二条路径是通过标定好的SCR转化效率MAP计算NOX转化效率。在选择路径2时加入了氨存储的修正模块。氨存储修正模块与以往认知的不同之处在于只考虑第一个单位时间间隔内氨存储对转化效率的影响。优选地,单位时间间隔以秒为例,在该模块不考虑最终的氨存储量只考虑在该温度下的第一秒内的氨存储量。最终储存满的氨存储量对循环来讲意义不大,因其一秒后已进入下一个工况点,故本发明只关注第一秒内的氨存储量。该存储在SCR内的NH3在下一秒可以直接与排气中的NOX发生化学反应,达到降低NOX排放的目的。
氨存储修正模块主要是考虑第一秒内氨存储量对转化效率的影响。转化效率MAP中记录的是各个不同工况点下对应的转化效率。在瞬态循环过程中,以WHTC循环为例,是以1S为采样频率不断变化工况的瞬态循环过程。计算此类瞬态循环过程不仅要考虑瞬态循环过程中每个工况点NOX的转化效率,从一个工况点转到另一个工况点这过程中氨存储量对转化效率的影响也是一个非常重要的因素。例如,在发动机WHTC循环过程中,以一秒为时间间隔,每隔一秒变化工况,若不加氨存储修正则最后计算出来的排放便为1800个点排放的累加,明显大于最终的实际排放,加入一秒内氨存储量的修正可以达到准确计算排放的目的。NH3是降低NOx排放的关键因素,在氨气足量的情况下1S内的氨存储量不可忽略,要想实现仿真替代台架试验或直接预测排放,1S内氨存储的修正将起到决定性的作用。只考虑第一秒的氨存储量是因为瞬态循环基本是以1S为采样频率,一秒后发动机将进入下一个工况点,再考虑此时的氨存储量将变得毫无意义。氨存储修正的计算逻辑是将相邻两个工况点之间一秒内的氨存储量加入到后一秒的NH3量与NOx发生反应。故最终的表现形式是以系数的方式对转化效率MAP进行修正。
需要说明的是,氨分布均匀性可以通过实验和三维流体仿真两种方法来考察,本发明选用的是仿真方法,通过仿真结果对标实验结果将仿真计算氨分布均匀性的参数标定好,后面提到的氨分布均匀性系数均是用仿真方法计算得到的。本发明中是通过更换混合器结构来实现不同的氨分布均匀性,标定出不同氨分布均匀性对应的对转化效率的修正MAP。
如图5所示,本发明还提供了一种发动机后处理系统,所述发动机后处理系统包括发动机10和依次设置在所述发动机10后面且通过排气管11依次连接的氧化催化器(DOC)12、柴油颗粒捕集器(DPF)13、尿素喷嘴14、温度传感器15、选择性催化还原器(SCR)和氧传感器17,所述发动机后处理系统中还设置有前文所述的用于柴油机NOX排放值的计算装置100,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置100分别与所述温度传感器15和尿素喷嘴14连接,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置100在对NOX转化效率的修正过程中通过不断计算的结果反馈调节尿素喷嘴14的尿素喷射量,进而实现对NOX转化效率的修正,通过这种反馈调节的方式实现对NOX转化效率的修正具有准确性高且方便快捷的优势。
关于发动机后处理系统的工作过程为本领域技术人员所熟知,此处不再赘述。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法包括:
根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;
根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;
计算氨分布均匀性系数,并根据所述氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;
根据所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;
根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。
2.根据权利要求1所述的用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,所述根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算不同工况的初始NOX转化效率包括:
根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积选择转化效率路径;
根据选定的转换效率路径计算相应的初始NOX转化效率;
其中,所述转化效率路径包括根据SCR化学反应动力学模型计算初始NOX转化效率或根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率。
3.根据权利要求2所述的用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,当转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法还包括在根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值步骤前进行的:
计算每个工况点的第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值;
根据所述氨存储量对初始NOX转化效率的修正值以及所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率。
4.根据权利要求1所述的用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,所述用于柴油机NOX排放值的计算方法还包括在所述根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量步骤前进行的:
判断尿素起喷温度是否大于预设起喷温度;
若所述尿素起喷温度大于所述预设起喷温度,则控制尿素喷射。
5.根据权利要求4所述的用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,所述预设起喷温度包括180℃。
6.根据权利要求1所述的用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,所述根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值包括:
根据所述修正后的NOX转化效率计算转化的NOX值;
将原机NOX排放值减去NOX值得到最终的NOX排放值。
7.根据权利要求1所述的用于柴油机NOX排放值的计算方法,其特征在于,所述氨分布均匀性系数的计算公式为:
其中,NH3_UI表示氨分布均匀性,c表示NOX的浓度,表示NOX的浓度均值,n表示SCR载体横截面上被划分的份数。
8.一种用于柴油机NOX排放值的计算装置,其特征在于,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置包括:
尿素喷射量计算模块,所述尿素喷射量计算模块用于根据发动机的原机NOX排放值和氨氮比计算不同工况点的尿素喷射量;
转化效率计算模块,所述转化效率计算模块用于根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积计算每个工况点的初始NOX转化效率;
氨均匀性修正模块,所述氨均匀性修正模块用于计算氨分布均匀性系数,并根据所述氨分布均匀性系数计算氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值;
修正后的转化效率计算模块,所述修正后的转化效率计算模块用于根据所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率;
NOX排放值计算模块,NOX排放值计算模块用于根据发动机的原机NOX排放值与修正后的NOX转化效率计算最终的NOX排放值。
9.根据权利要求8所述的用于柴油机NOX排放值的计算装置,其特征在于,所述转化效率计算模块包括:
路径选择单元,所述路径选择单元用于根据所述尿素喷射量、排气温度、排气流量和SCR体积选择转化效率路径;
计算单元,所述计算单元用于根据选定的转换效率路径计算相应的初始NOX转化效率;
其中,所述转化效率路径包括根据SCR化学反应动力学模型计算初始NOX转化效率或根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率。
10.根据权利要求9所述的用于柴油机NOX排放值的计算装置,其特征在于,当转化效率路径为根据已标定的SCR转化效率MAP计算初始NOX转化效率时,所述用于柴油机NOX排放值的计算装置还包括:
第一个单位时间间隔内氨存储量修正模块,所述第一个单位时间间隔内氨存储量修正模块用于计算每个工况点的第一个单位时间间隔内氨存储量对初始NOX转化效率的修正值;
所述修正后的转化效率计算模块还用于根据所述氨存储量对初始NOX转化效率的修正值以及所述氨分布均匀性对初始NOX转化效率的修正值获得修正后的NOX转化效率。
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