CN109708895B - 一种发动机排气流量的计算方法、装置及系统 - Google Patents

一种发动机排气流量的计算方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域，具体公开了一种发动机排气流量的计算方法，其中，所述发动机排气流量的计算方法包括：采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；采集SCR催化剂前的温度；根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；计算环境压力；根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量。本发明还公开了一种发动机排气流量的计算装置及发动机后处理系统。本发明提供的发动机排气流量的计算方法对在用车的改造较小，同时可以节省很多的改造费用。

Description

一种发动机排气流量的计算方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域，尤其涉及一种发动机排气流量的计算方法及发动机排气流量的计算装置及包括发动机排气流量的计算装置的发动机后处理系统。
背景技术
汽车发动机的气态有害排放物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。国Ⅵ排放标准对NOX的限制进一步提高。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，从而达到既节能又减排的目的。
为了满足排放法规的要求，国四、国五的在用车需要进行改造。目前在用车改造过程中无法获取通讯中排气流量时，排气流量的计算主要选用文丘里管原理的方法，该方法需要加装工装，对在用车的改造大，且费用高，不易被接收。
因此，如何提供一种简单易实现且成本低的排气流量的计算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，提供一种发动机排气流量的计算方法及发动机排气流量的计算装置及包括发动机排气流量的计算装置的发动机后处理系统，以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种发动机排气流量的计算方法，其中，所述发动机排气流量的计算方法包括：
采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；
采集SCR催化剂前的温度；
根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；
计算环境压力；
根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量。
优选地，所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量包括：
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure BDA0001908153870000011
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
优选地，所述发动机排气流量的计算方法还包括在所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量的步骤前进行的：
判断SCR催化剂后是否连接有尾管；
若SCR催化剂后连接有尾管，则计算尾管压力；
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力和尾管压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure BDA0001908153870000021
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，Pwg表示尾管压力，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
优选地，所述发动机排气流量的计算方法还包括在所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量的步骤前进行的：
判断SCR催化剂后是否连接有柴油颗粒过滤器；
若连接有所述柴油颗粒过滤器，则采集所述柴油颗粒过滤器的压差；
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力、尾管压力和柴油颗粒过滤器的压差代入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure BDA0001908153870000022
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，Pwg表示尾管压力，ΔPDPF表示柴油颗粒过滤器的压差，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
优选地，所述根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数包括：
获取排气流经SCR催化剂的体积流量；
将所述排气流经SCR催化剂的体积流量、SCR催化剂前的温度和SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差输入到SCR仿真模型计算得到所述阻力系数。
作为本发明的第二个方面，提供一种发动机排气流量的计算装置，其中，所述发动机排气流量的计算装置包括：
压差采集模块，所述压差采集模块用于采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；
温度采集模块，所述温度采集模块用于采集SCR催化剂前的温度；
阻力系数获取模块，所述阻力系数获取模块用于根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；
环境压力计算模块，所述环境压力计算模块用于计算环境压力；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量。
优选地，所述发动机排气流量的计算装置还包括：
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断SCR催化剂后是否连接有尾管；
尾管压力计算模块，所述尾管压力计算模块用于若SCR催化剂后连接有尾管，则计算尾管压力；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力和尾管压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量。
优选地，所述发动机排气流量的计算装置还包括：
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断SCR催化剂后是否连接有柴油颗粒过滤器；
柴油颗粒过滤器的压差计算模块，所述柴油颗粒过滤器的压差计算模块用于若连接有所述柴油颗粒过滤器，则采集所述柴油颗粒过滤器的压差；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力、尾管压力和柴油颗粒过滤器的压差计算排气质量流量。
优选地，所述压差采集模块包括SCR压差传感器，所述温度采集模块包括温度传感器。
作为本发明的第三个方面，提供一种发动机后处理系统，其中，所述发动机后处理系统包括SCR催化剂和前文所述的发动机排气流量的计算装置，所述发动机排气流量的计算装置的压差采集模块和温度采集模块均与所述SCR催化剂连接，所述压差采集模块的两个采集点分别设置在所述SCR催化剂前和SCR催化剂后，所述温度采集模块设置在所述SCR催化剂前。
本发明提供的发动机排气流量的计算方法，通过采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差以及SCR催化剂前的温度，根据压差和温度等参数计算排气质量流量，本发明提供的发动机排气流量的计算方法对在用车的改造较小，同时可以节省很多的改造费用。
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为本发明提供的发动机排气流量的计算方法的流程图。
图2为本发明提供的SCR压差传感器的安装示意图。
图3为本发明提供的发动机排气流量的计算装置的结构框图。
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，提供一种发动机排气流量的计算方法，其中，如图1所示，所述发动机排气流量的计算方法包括：
S110、采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；
S120、采集SCR催化剂前的温度；
S130、根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；
S140、计算环境压力；
S150、根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量。
本发明提供的发动机排气流量的计算方法，通过采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差以及SCR催化剂前的温度，根据压差和温度等参数计算排气质量流量，本发明提供的发动机排气流量的计算方法对在用车的改造较小，同时可以节省很多的改造费用。
需要说明的是，如图2所示，所述SCR催化剂前和SCR催化剂后均是以排气进口和排气出口的方向来定义的，以SCR催化剂与排气进口连接的地方为SCR催化剂前，SCR催化剂与排气出口连接的地方为SCR催化剂后，在SCR催化剂上设置SCR压差传感器，且两个采集点分别位于SCR催化剂前和SCR催化剂后，同时在SCR催化剂前设置温度传感器以及尿素喷嘴。
具体地，所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量包括：
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure BDA0001908153870000041
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
具体地，在考虑到SCR催化剂后连接尾管的情况，所述发动机排气流量的计算方法还包括在所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量的步骤前进行的：
判断SCR催化剂后是否连接有尾管；
若SCR催化剂后连接有尾管，则计算尾管压力；
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力和尾管压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure BDA0001908153870000051
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，Pwg表示尾管压力，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
具体地，考虑到SCR催化剂后连接柴油颗粒过滤器的情况，所述发动机排气流量的计算方法还包括在所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量的步骤前进行的：
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力、尾管压力和柴油颗粒过滤器的压差代入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure BDA0001908153870000052
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，Pwg表示尾管压力，ΔPDPF表示柴油颗粒过滤器的压差，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
具体地，所述根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数包括：
获取排气流经SCR催化剂的体积流量；
将所述排气流经SCR催化剂的体积流量、SCR催化剂前的温度和SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差输入到SCR仿真模型计算得到所述阻力系数。
可以理解的是，所述阻力系数通过仿真手段拟合出的，该阻力系数是随温度变化的变常数，在获取该阻力系数时，在仿真软件内先标定SCR压差模型，然后计算SCR的体积流量，由于排气流经SCR的体积流量跟SCR的压差成近似线性关系，通过仿真手段拟合出线性系数k，k为随温度的变化的变常数。故最后的阻力系数MAP即不同温度下对应不同k值的MAP。
仿真手段通过输入边界条件排气流量、温度、压差经过SCR仿真模型计算得到阻力系数。本发明的阻力系数Map是通过仿真计算得到的，减去了通过试验台架获得的繁琐，省事又省力，相比于文丘里式无需对需假装SCR催化剂的后处理系统进行过多的结构改造，只需在SCR前后加装一个压力传感器。
应当理解的是，所述SCR仿真模型在使用前应为与试验对标好的，这样能够保证就算结果的准确性。
作为本发明的第二个方面，提供一种发动机排气流量的计算装置，其中，如图3所示，所述发动机排气流量的计算装置100包括：
压差采集模块110，所述压差采集模块110用于采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；
温度采集模块120，所述温度采集模块120于采集SCR催化剂前的温度；
阻力系数获取模块130，所述阻力系数获取模块130用于根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；
环境压力计算模块140，所述环境压力计算模块140用于计算环境压力；
排气质量流量计算模块150，所述排气质量流量计算模块150用于根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量。
本发明提供的发动机排气流量的计算装置，通过采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差以及SCR催化剂前的温度，根据压差和温度等参数计算排气质量流量，本发明提供的发动机排气流量的计算装置对在用车的改造较小，同时可以节省很多的改造费用。
具体地，所述发动机排气流量的计算装置还包括：
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断SCR催化剂后是否连接有尾管；
尾管压力计算模块，所述尾管压力计算模块用于若SCR催化剂后连接有尾管，则计算尾管压力；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力和尾管压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量。
具体地，所述发动机排气流量的计算装置还包括：
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断SCR催化剂后是否连接有柴油颗粒过滤器；
柴油颗粒过滤器的压差计算模块，所述柴油颗粒过滤器的压差计算模块用于若连接有所述柴油颗粒过滤器，则采集所述柴油颗粒过滤器的压差；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力、尾管压力和柴油颗粒过滤器的压差计算排气质量流量。
优选地，所述压差采集模块包括SCR压差传感器，所述温度采集模块包括温度传感器。
关于本发明提供的发动机排气流量的计算装置的工作过程可以参照前文的发动机排气流量的计算方法的描述，此处不再赘述。
作为本发明的第三个方面，提供一种发动机后处理系统，其中，所述发动机后处理系统包括SCR催化剂和前文所述的发动机排气流量的计算装置，所述发动机排气流量的计算装置的压差采集模块和温度采集模块均与所述SCR催化剂连接，所述压差采集模块的两个采集点分别设置在所述SCR催化剂前和SCR催化剂后，所述温度采集模块设置在所述SCR催化剂前。
本发明提供的发动机后处理系统，通过采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差以及SCR催化剂前的温度，根据压差和温度等参数计算排气质量流量，本发明提供的发动机后处理系统对在用车的改造较小，同时可以节省很多的改造费用。
关于本发明提供的发动机后处理系统的工作过程可以参照前文的发动机排气流量的计算方法的描述，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 (9)

1.一种发动机排气流量的计算方法，其特征在于，所述发动机排气流量的计算方法包括：
采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；
采集SCR催化剂前的温度；
根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；
计算环境压力；
根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量；
其中，所述根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数包括：
获取排气流经SCR催化剂的体积流量；
将所述排气流经SCR催化剂的体积流量、SCR催化剂前的温度和SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差输入到SCR仿真模型计算得到所述阻力系数。
2.根据权利要求1所述的发动机排气流量的计算方法，其特征在于，所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量包括：
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure FDA0002728332420000011
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
3.根据权利要求1所述的发动机排气流量的计算方法，其特征在于，所述发动机排气流量的计算方法还包括在所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量的步骤前进行的：
判断SCR催化剂后是否连接有尾管；
若SCR催化剂后连接有尾管，则计算尾管压力；
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力和尾管压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure FDA0002728332420000012
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，Pwg表示尾管压力，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
4.根据权利要求3所述的发动机排气流量的计算方法，其特征在于，所述发动机排气流量的计算方法还包括在所述根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量的步骤前进行的：
判断SCR催化剂后是否连接有柴油颗粒过滤器；
若连接有所述柴油颗粒过滤器，则采集所述柴油颗粒过滤器的压差；
将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力、尾管压力和柴油颗粒过滤器的压差代入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量，其中所述排气质量流量计算公式为：
Figure FDA0002728332420000021
其中，Qm表示排气质量流量，k表示阻力系数，ΔP表示SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差，Penv表示环境压力，Pwg表示尾管压力，ΔPDPF表示柴油颗粒过滤器的压差，T表示SCR催化剂前的温度，R表示理想气体常数。
5.一种发动机排气流量的计算装置，其特征在于，所述发动机排气流量的计算装置包括：
压差采集模块，所述压差采集模块用于采集SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差；
温度采集模块，所述温度采集模块用于采集SCR催化剂前的温度；
阻力系数获取模块，所述阻力系数获取模块用于根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数；
环境压力计算模块，所述环境压力计算模块用于计算环境压力；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数和环境压力计算排气质量流量；
其中，所述根据SCR催化剂前的温度获取阻力系数包括：
获取排气流经SCR催化剂的体积流量；
将所述排气流经SCR催化剂的体积流量、SCR催化剂前的温度和SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差输入到SCR仿真模型计算得到所述阻力系数。
6.根据权利要求5所述的发动机排气流量的计算装置，其特征在于，所述发动机排气流量的计算装置还包括：
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断SCR催化剂后是否连接有尾管；
尾管压力计算模块，所述尾管压力计算模块用于若SCR催化剂后连接有尾管，则计算尾管压力；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于将所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力和尾管压力带入排气质量流量计算公式，计算得到所述排气质量流量。
7.根据权利要求5所述的发动机排气流量的计算装置，其特征在于，所述发动机排气流量的计算装置还包括：
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断SCR催化剂后是否连接有柴油颗粒过滤器；
柴油颗粒过滤器的压差计算模块，所述柴油颗粒过滤器的压差计算模块用于若连接有所述柴油颗粒过滤器，则采集所述柴油颗粒过滤器的压差；
排气质量流量计算模块，所述排气质量流量计算模块用于根据所述SCR催化剂前和SCR催化剂后之间的压差、SCR催化剂前的温度、阻力系数、环境压力、尾管压力和柴油颗粒过滤器的压差计算排气质量流量。
8.根据权利要求5所述的发动机排气流量的计算装置，其特征在于，所述压差采集模块包括SCR压差传感器，所述温度采集模块包括温度传感器。
9.一种发动机后处理系统，其特征在于，所述发动机后处理系统包括SCR催化剂和权利要求5～8中任意一项所述的发动机排气流量的计算装置，所述发动机排气流量的计算装置的压差采集模块和温度采集模块均与所述SCR催化剂连接，所述压差采集模块的两个采集点分别设置在所述SCR催化剂前和SCR催化剂后，所述温度采集模块设置在所述SCR催化剂前。
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