CN109944664A - 尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质，通过获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线，并进一步确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。本发明能够在不影响机械作业和生产的前提下，为不同运行、排放特点的在用非道路移动柴油机械用发动机规划最优的尾气净化设备，大大提高了尾气净化设备的灵活性，保证安装后的正常工作及具有较高的效率与稳定性。

Description

尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质

技术领域

本发明涉及尾气净化技术领域，特别是涉及一种尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质。

背景技术

包括农业机械、工程机械和港作机械在内的各类在用非道路移动柴油机械用发动机对国民经济发展的作用举足轻重。但是由于柴油机的工作原理和我国在用非道路移动柴油机械用发动机燃油、燃烧系统技术水平较差，导致以柴油机为各种非道路移动机械提供了强劲动力的同时也排放了大量的CO、THC、NO、NO2和颗粒物等污染物，对我国城市的空气质量和人民身体健康造成了巨大的危害。

虽然随着我国新生产非道路柴油机械的排放标准不断提升，生产厂家针对新销售的非道路柴油机械的排放水平不断降低。但是随着近年来的经济高速发展，期间遗留下来的大量国三排放阶段以前的在用非道路移动柴油机械用发动机，这些机械由于发动机整体技术水平差、维护保养水平低导致这些在用老旧在用非道路移动柴油机械用发动机的颗粒物等污染物排放水平极高。

为了治理高排放水平的老旧在用非道路移动柴油机械用发动机的“冒黑烟”现象(高颗粒物排放)，一般可以采取以下四种手段：更换同样功能的电驱动非道路移动机械；更换更高排放水平的柴油动力机械；更换柴油动力机械的主驱动柴油机；在用高排放移动柴油机械排放深度治理。经过国内外的大量实践表明：小功率非道路移动机械可以通过更换整机、更换发动机等实现比较简单的清洁化升级，对老旧机械的维护保养虽然能够从一定程度上改善排放水平但无法最终解决高排放问题。高污染、大功率、高价值的非道移动柴油机械由于跟换整机或发动机经济压力高、纯电动化存在技术瓶颈、维护保养无法根除高排放现象，所以对在用在用非道路移动柴油机械用发动机的发动机排气口加装柴油颗粒捕集器是解决其“冒黑烟”现象(高颗粒物排放)，排气口加装SCR系统是解决器NOx高排放的一种比较合适的技术方案。

但是由于在用在用非道路移动柴油机械用发动机用柴油机械主机已经被安装在机械中，无法将柴油机拆卸并安装在发动机测试台架上进行发动机性能、排放和柴油颗粒捕集器的匹配试验。另外如工程机械、农业机械和港作机械具有移动困难、车主生产任务繁重等实际情况，均使得匹配试验的工作较难开展。

因此，如何能在不影响机械作业和生产的前提下，提供一种适用于不同运行、排放特点，且能够长期正常运行于在用老旧在用非道路移动柴油机械用发动机的尾气净化设备是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质，用于解决现有技术中技术方案随意性大、装置安装后导致在用非道路移动柴油机械用发动机不能正常工作、生产出的装置在短时间内即出现失效的现象的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种尾气净化设备设计方法，所述方法包括：获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

于本发明的一实施例中，所述运行参数包括：进气流量、进气温度、及进气湿度中任意一种或多种组合；所述排放参数包括：排气流量、排气温度、排气压力、氮氧化物浓度、及颗粒物浓度中任意一种或多种组合。

于本发明的一实施例中，所述排气温度特征依据工况温度占比情况分为：低温型、中温型、均衡型、低高温集中型、及高温型。

于本发明的一实施例中，所述颗粒物排放特征依据所述氮氧化物浓度和/或所述颗粒物浓度分为：轻度污染型、中度污染性、及重度污染型。

于本发明的一实施例中，针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线为：不宜加装、氧化催化转化器+催化型颗粒捕集器、及电加热+催化型颗粒捕集器中任意一种；针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线为：不宜加装、钒基SCR系统、铜基SCR系统、及铁基SCR系统中任意一种。

于本发明的一实施例中，所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数包括：体积、长径、长度、直径、孔密度、贵金属负载量、及贵金属配比、电加热器功率中任意一种或多种组合。

于本发明的一实施例中，所述技术参数依据成本要求或工艺要求进行微调。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种尾气净化设备设计装置，所述装置包括：获取模块，用于获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；处理模块，用于基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种尾气净化设备设计系统，所述系统包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行存储器存储的计算机程序，该程序被执行时实现上述所述的尾气净化设备设计方法；所述通信器通信连接排气温度传感器、氮氧化物传感器、及颗粒物传感器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述的尾气净化设备设计方法。

如上所述，本发明提供的一种尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质，通过获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

本方法具有如下优点：

能够在不影响机械作业和生产的前提下，为不同运行、排放特点的在用非道路移动柴油机械用发动机规划最优的尾气净化设备，大大提高了尾气净化设备的灵活性，保证安装后的正常工作及具有较高的效率与稳定性。

附图说明

图1显示为本发明于一实施例中的尾气净化设备设计方法的流程示意图。

图2A显示为本发明于一实施例中的DOC+cDPF技术路线的尾气净化设备的结构及技术参数示意图。

图2B显示为本发明于一实施例中的电加热+cDPF技术路线的尾气净化设备的结构及技术参数示意图。

图2C显示为本发明于一实施例中的SCR系统技术路线的尾气净化设备的结构及技术参数示意图。

图3显示为本发明于一实施例中的尾气净化设备设计装置的模型示意图。

图4显示为本发明于一实施例中的尾气净化设备设计系统的结构示意图。

图5显示为本发明于一实施例中的尾气净化设备设计系统的场景示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图式仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

承上所述，通常在用在用非道路移动柴油机械用发动机用柴油机械主机已经被安装在机械中，无法将柴油机拆卸并安装在发动机测试台架上进行发动机性能、排放和柴油颗粒捕集器的匹配试验，另外如工程机械、农业机械和港作机械具有移动困难、车主生产任务繁重等实际情况，均使得匹配试验的工作较难开展。因此，本申请为解决上述问题，在现有SCR系统的基础上提供了一种适用于不同运行、排放特点，且能够长期正常运行于在用老旧在用非道路移动柴油机械用发动机的尾气净化设备的设计或优化方法。具体如下：

如图1所示，展示本发明于一实施例中的尾气净化设备设计方法的流程示意图。如图所示，所述方法包括：

步骤S101：获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征。

于本实施例中，所述在用非道路移动柴油机械(non-road mobile machinery)，即：(1)自驱动或具有双重功能：既能自驱动又能进行其它功能操作的机械；(2)不能自驱动，但被设计成能够从一个地方移动或被移动到另一个地方的机械。

需要说明的是，针对在用非道路移动柴油机械与新设计的非道路移动柴油机械，其设计方法或方案具有很大差别。相比来说，针对在用的非道路移动柴油机械的尾气净化设备的设计难度会更高。本申请所述的尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质主要针对的是在用非道路移动柴油机械，尤其是在用非道路移动柴油机械用发动机。

所述在用非道路移动柴油机械包括如：工业钻探设备；工程机械(包括装载机，推土机，压路机，沥青摊铺机，非公路用卡车，挖掘机等)；农业机械(包括拖拉机、联合收割机等)；林业机械；材料装卸机械；叉车；雪犁装备；机场地勤设备等。本申请所述尾气净化设备设计方法主要针对在用非道路移动柴油机械用发动机。即以柴油为主要燃料的发电机，所述在用非道路移动柴油机械用发动机使用的场景包括楼宇，医院，工矿，厂房，船舶，电源车等。

于本实施例中，首先通过传感器获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工作状态下的运行参数、及排放参数。

于本发明的一实施例中，所述运行参数包括：进气流量、进气温度、及进气湿度中任意一种或多种组合；所述排放参数包括：排气流量、排气温度、排气压力、氮氧化物浓度、及颗粒物浓度中任意一种或多种组合。

举例来说，可以通过设置在一在用非道路移动柴油机械用发动机的进气口与排气口的传感器以获得其在工作状态下的运行参数、及排放参数。其中，传感器可以包括排气温度传感器、氮氧化物传感器、颗粒物传感器、气体流量传感器、湿度传感器、压力传感器等，然后令在用非道路移动柴油机械用发动机按照正常工作生产计划或工作状态下，期间所述柴油机械的工作和排放情况会被记录。

例如，氮氧化物传感器可以为德国大陆公司生产的5WK9型传感器。颗粒物传感器，可以选择以累积电极Accumulating electrode为原理的传感器，电极间颗粒物累积质量导致的电阻变化来表征颗粒物浓度，生产厂家有Bosch，Stoneridge，Continental，Delphi，Electricfil，Denso，NGK，Heraeus等公司生产。排气温度传感器采用高温型的车用热电偶可以覆盖0～600℃的温度范围。氮氧化物传感器、颗粒物传感器、排气温度传感器均被安装在发动机排气管上，可以实时测量尾气的颗粒物浓度、氮氧化物浓度和排气温度。

通过获取到运行参数、及排放参数，进一步地可以获得排气温度特征、及颗粒物排放特征。

具体来说，所述排气温度特征依据工况温度占比情况分为：低温型、中温型、均衡型(高温、中温、低温的分布基本一致)、低高温集中型、及高温型(主要集中在低温和高温，中温段数据很少)。

举例来说，将排气温度划分为5个区间，统计在工况下处在各个不同温度区间的比重，从而得到排气温度特征。例如在低温区间的比重较高，则排气温度特征为低温型；在低温、中温、高温区间的比重分布较为均衡，则排气温度特征为均衡型。

于本发明的一实施例中，所述颗粒物排放特征依据所述氮氧化物浓度和/或所述颗粒物浓度分为：轻度污染型、中度污染性、及重度污染型。

于本实施例中，浓度越高，污染程度越高。

步骤S102：基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线。

于本发明的一实施例中，针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线为：不宜加装、氧化催化转化器+催化型颗粒捕集器、及电加热+催化型颗粒捕集器中任意一种。

通常根据催化转化装置的净化形式，可以分为氧化催化转化装置(DOC)、还原催化转化装置以及三元催化转化装置。催化转化装置是利用催化剂的作用，将排气中的CO、THC、和NOx转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置，也称作催化转化装置。催化转化装置是在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性气体反应和水蒸气改质反应，将排气中的CO、THC、及NOx三种有害气体转化成无害气体二氧化碳、氮气、氢气和水。

于本实施例中，所述氧化催化转化器+催化型颗粒捕集器也成为DOC+cDPF，是常见的颗粒排气后处理技术路线，氧化催化转化器(DOC)用于氧化排气中的CO、THC及PM中一分部有机可溶物SOF，催化型颗粒捕集器(cDPF)上涂覆催化剂以促进再生，是降低颗粒物排放的有效途径。两者耦合工作，通过前端DOC将排气中的NO氧化为NO2，生成的NO2与cDPF中捕集的碳烟反应，实现cDPF的连续再生。DOC+CDPF对CO具有更低的起燃温度,在催化剂活性位上THC比CO具有较强的吸附强度和活性位竞争优势。

于本实施例中，所述电加热+催化型颗粒捕集器(cDPF)是一种通过加热去除催化型颗粒捕集器内微粒沉积物的再生方法，举例来说，通过对再生过滤器进出排气压力的检测反馈,调整再生持续时间，优化再生过程，可实现颗粒捕集器的过滤效率。

第一实施例

(1)数据输入：

排气温度参数数据为T(℃)，氮氧化物浓度参数数据为NOx(ppm)，颗粒物(PM)浓度参数数据为PMi(μg/m3)，各参数数据均为逐秒连续数据。排气温度参数数据、氮氧化物浓度参数数据、以及颗粒物(PM)浓度参数数据可由传感器获得，也可以直接从已有存储数据中获得。

待改造非道路移动机械用发动机排量参数数据为EC(L)。发动机排量参数可以从发动机铭牌获得。

治理目标为PMD(％)，可在产品开发前设定的颗粒物治理目标。

(2)数据统计：

排气温度统计：由采集的温度参数数据获得待改造非道路移动机械的温度分布特征，非道路移动机械温度分布特征可分为5种：低温型、中温型、高温型、均衡型(高温、中温、低温的分布基本一致)、低高温集中型(主要集中在低温和高温，中温段数据很少)。

颗粒物排放统计：由采集的氮氧化物浓度、及颗粒物浓度参数数据获得的待改造非道路移动机械的颗粒物浓度分布特征，非道路移动机械颗粒物排放浓度分布特征可分为3种：轻度污染型、中度污染性、重度污染型。

(3)排气温度特征、及颗粒物排放特征的确定：

首先：将Ti、NOx、PM按照下表1分类，将数据分成低、中、高三段。

表1排气温度和污染物污染程度分类表

其次：计算低、中、高三段数据的数量和总体数据的数量，就能获得低、中、高3个类别的占比，而后将占比乘以10后取整，保留个位数。0代表10％，1代表10％，10代表100％，小数点。

低(中、高)温工况占比＝[10×Count(T_{低(中、高)})/Count(T)]

低(中、高)NOx工况占比＝[10×Count(NOx_{低(中、高)})/Count(T)]

低(中、高)PM工况占比＝[10×Count(PM_{低(中、高)})/Count(T)]

最后：按照如上公式获得排气温度分布特征、NOx分布特征、PM分布特征，如下表2所示。

表2排气温度、颗粒物排放分布特性判别表

以NOx排放为例，如果数据中10％<900ppm，60％在900～1500ppm之间，30％>1500ppm，说明NOx排放属于上表2中序号13所属的重度污染。

(4)技术路线

基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标可以确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线包括：不宜加装、氧化催化转化器+催化型颗粒捕集器、及电加热+催化型颗粒捕集器中任意一种或多种组合，表3为针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线表。

表3针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线表

于本发明的另一实施例中，针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线为：不宜加装、钒基SCR系统、铜基SCR系统、及铁基SCR系统中任意一种。

于本实施例中，选择性催化还原技术(SCR)是针对柴油车尾气排放中NOx的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N2和H2O。催化剂有贵金属和非贵金属两类。该技术也被广泛应用于柴油机尾气后处理，通过优化喷油和燃烧过程，尽量在机内控制微粒PM的产生，而后在机外处理富氧条件下形成的氮氧化物，及时用车用尿素(车用尿素在一定温度下分解生成氨)对氮氧化物(NOx)进行选择性催化还原，从而达到既节能、又减排的目的，该项技术是欧洲主流技术路线，欧洲长途载货车和大型客车几乎全部采用这一技术。

第二实施例

(1)数据输入：

排气温度参数数据为T(℃)，氮氧化物浓度参数数据为NOx(ppm)，颗粒物(PM)浓度参数数据为PMi(μg/m3)，各参数数据均为逐秒连续数据。排气温度参数数据、氮氧化物浓度参数数据、以及颗粒物(PM)浓度参数数据可由传感器获得，也可以直接从已有存储数据中获得。

待改造非道路移动机械用发动机排量参数数据为EC(L)。发动机排量参数可以从发动机铭牌获得。

(2)数据统计：

与第一实施例相同这里不再赘述。

(3)排气温度特征、及颗粒物排放特征的确定：

与第一实施例相同这里不再赘述。

(4)技术路线

基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线包括：不宜加装、钒基SCR系统、铜基SCR系统、及铁基SCR系统中任意一种或多种组合。表4为针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线表。

表4针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线表

步骤S103：基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

于本发明的一实施例中，所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数包括：体积、长径、长度、直径、孔密度、贵金属负载量、及贵金属配比、电加热器功率中任意一种或多种组合。

第三实施例

DOC+cDPF技术路线：发动机尾气从入口进入DOC，DOC净化尾气中THC和CO后，尾气进入cDPF，cDPF对颗粒物进行净化的同时也对THC和CO进一步进行净化。有cDPF的涂层上有贵金属，在拦截颗粒物的同时能够同时对之前附着在催化器表明的颗粒物进行催化氧化。DOC+cDPF技术路线要确定的技术参数有：

DOC的体积V1(L)、cDPF的体积V2(L)；

DOC的长径比F1、cDPF的长径F2；

DOC的长度L1(mm)、cDPF的长度L2(mm)；

DOC、cDPF的直径D1、D2(mm)；

DOC的孔密度HD1(#/inch2)、cDPF的孔密度HD2(#/inch2)；

DOC的贵金属负载量A1(g/L)、cDPF的贵金属负载量A2(g/L)。

DOC的铂、铑配比k1；cDPF的铂、铑配比k2。

于本发明的一实施例中，所述技术参数依据成本要求或工艺要求进行微调。实际细化设计时可以按照成本、工艺等要求做轻微改变(±5％)。

对应DOC+cDPF技术路线的尾气净化设备的结构及技术参数示意图可参见图2A。

(1)DOC载体孔密度、载体尺寸设计，举例来说：

DOC的体积V1：V1＝0.6561×EC+0.2401；

DOC的长径比F1：F1＝-0.0089×EC²+0.2121x-0.8084；

DOC的长度L1：L1＝F1×(4×V1/(F1×Pi))^1/3；

DOC的截面直径D1，截面是圆形：D1＝(4×V1/(F1×Pi))^1/3；

DOC的孔密度HD1，由颗粒物排放特征和颗粒物转化率PMD要求确定，如下表5为DOC的孔密度HD1查询表。

表5DOC的孔密度HD1查询表

(2)DOC载体贵金属负载量：

DOC载体贵金属负载量，由颗粒物排放特征PM和排气温度特征T确定单位体积cDPF载体的贵金属负载量A1。如下表6为DOC的贵金属负载量A1查询表。

表6DOC的贵金属负载量A1查询表

(3)DOC载体贵金属配比：

DOC载体贵金属配比，由颗粒物排放特征PM和排气温度特征T确定其上贵金属铂、铑的比例k1。如下表7为DOC的贵金属配比k1查询表。

表7DOC的贵金属配比k1查询表

第四实施例

电加热+cDPF技术路线：发动机尾气从入口进入电加热器后，尾气进入cDPF，cDPF对颗粒物进行净化的同时也对THC和CO进一步进行净化。当需要再生时将电加热打开后，电加热会加热尾气至一定温度使得附着在cDPF表面的来不及被氧化的颗粒物被尾气中多余的氧氧化。有cDPF的涂层上有贵金属，在拦截颗粒物的同时能够同时对之前附着在催化器表明的颗粒物进行催化氧化。电加热+cDPF技术路线要确定的技术参数有：

cDPF的体积V2(L)；

cDPF的长径F2；

cDPF的长度L2(mm)；

cDPF的直径D2(mm)；

cDPF的孔密度HD2(#/inch2)；

cDPF的贵金属负载量A2(g/L)；

cDPF的贵金属配方k2。

电加热器功率P(kW)。

于本发明的一实施例中，所述技术参数依据成本要求或工艺要求进行微调。实际细化设计时可以按照成本、工艺等要求做轻微改变(±5％)。

对应电加热+cDPF技术路线的尾气净化设备的结构及技术参数示意图可参见图2B。

(1)cDPF载体孔密度、载体尺寸设计，举例来说：

cDPF的体积V2：0.473×EC²-9.3241×EC+61.478；

cDPF的长径比F2：F2＝0.0181×EC²-0.4076×EC+3.2492；

cDPF的长度L2：L2＝L2＝F2×(4×V2/(F2×Pi))^1/3；

cDPF的截面直径D2，截面是圆形：D2＝(4×V2/(F2×Pi))^1/3；

cDPF的孔密度HD2，由颗粒物排放特征PM和颗粒物转化率PMD要求确定。如下表8为cDPF的孔密度HD2查询表。

表8DOC的孔密度HD2查询表

(2)cDPF载体贵金属负载量：

cDPF载体贵金属负载量，由颗粒物排放特征PM和排气温度特征T确定单位体积cDPF载体的贵金属负载量A2。如下表9为cDPF的贵金属负载量A2查询表。

表9cDPF的贵金属负载量A2查询表

(3)cDPF载体贵金属配比：

cDPF载体贵金属配比，由颗粒物排放特征PM和排气温度特征T确定其上贵金属铂、铑的比例k2。如下表10为cDPF的贵金属配比k2查询表。

表10cDPF的贵金属配比k2查询表

(4)电加热设计：

电加热器的功率P：P＝-0.0348×EC²+0.9046×EC-0.5794。

第五实施例

SCR系统技术路线：发动机尾气从入口SCR载体，于此同时SCR系统尿素喷射系统(设计开方法不包含在本专利内)将尿素喷入SCR载体前的尾气管中，尿素颗粒和发动机尾气经混合后进入SCR载体。混合气中的NO、NO2、NH3遇到催化器后反应生成N2和水。SCR系统技术路线要确定的技术参数有：

SCR的体积V3(L)；

SCR的长度L3(mm)；

SCR的截面积D3(mm)。

SCR的孔密度HD3(HD3)。

SCR载体的类型C1。

SCR载体催化剂负载量k3(g/L)。

于本发明的一实施例中，所述技术参数依据成本要求或工艺要求进行微调。实际细化设计时可以按照成本、工艺等要求做轻微改变(±5％)。

对应SCR系统技术路线的尾气净化设备的结构及技术参数示意图可参见图2C。

(1)SCR载体孔密度、载体尺寸设计，举例来说：

SCR的体积V3：V3＝1.2×(0.473×EC2-9.3241×EC+61.478)；

SCR的长径比F3：F3＝0.0181×EC²-0.4076×EC+3.2492；

SCR的长度L1：L3＝F3×(4×V3/(F3×Pi))^1/3；

SCR的截面直径D1，截面是圆形：D3＝(4×V3/(F3×Pi))^1/3；

SCR的孔密度HD3，HD3＝HD2，可参见如表8cDPF的孔密度HD2查询表。

(2)SCR载体贵金属负载量：

SCR载体贵金属负载量，由颗粒物排放特征PM和排气温度特征T确定单位体积SCR载体的催化剂负载量A3。如下表11为SCR的贵金属负载量A3查询表。

表11SCR的贵金属负载量A3查询表

本申请所述方法通过获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数，最终能够在不影响机械作业和生产的前提下，为不同运行、排放特点的在用非道路移动柴油机械用发动机规划最优的尾气净化设备，大大提高了尾气净化设备的灵活性，保证安装后的正常工作及具有较高的效率与稳定性。

如图3所示，展示本发明于一实施例中的尾气净化设备设计装置的模块示意图。如图所示，所述尾气净化设备设计装置300包括：

获取模块301，用于获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征。

处理模块302，用于基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

于本发明的一实施例中，通过各模块配合使用能够实现如图1所述的尾气净化设备设计方法的各步骤。

需要说明的是，应理解以上装置300的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块302可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块302的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图4所示，展示本发明于一实施例中的尾气净化设备设计系统的结构示意图。如图所示，所述尾气净化设备设计系统400包括：存储器401、及处理器402；所述存储器401，其上存储有计算机程序；处理器402，用于执行所述存储器401存储的计算机程序，该程序被执行时实现如图1所述的尾气净化设备设计方法；所述通信器403通信连接排气温度传感器、氮氧化物传感器、及颗粒物传感器。

例如，氮氧化物传感器可以为德国大陆公司生产的5WK9型传感器。颗粒物传感器，可以选择以累积电极Accumulating electrode为原理的传感器，电极间颗粒物累积质量导致的电阻变化来表征颗粒物浓度，生产厂家有Bosch，Stoneridge，Continental，Delphi，Electricfil，Denso，NGK，Heraeus等公司生产。排气温度传感器采用高温型的车用热电偶可以覆盖0～600℃的温度范围。氮氧化物传感器、颗粒物传感器、排气温度传感器均被安装在发动机排气管上，可以实时测量尾气的颗粒物浓度、氮氧化物浓度和排气温度。

所述存储器401可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

所述处理器402可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

所述通信器403用于实现其他设备(例如客户端、控制器、读写库和只读库)之间的通信连接。其可包含一组或多组不同通信方式的模块。所述通信连接可以是一个或多个有线/无线通讯方式及其组合。通信方式包括：互联网、CAN、内联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、无线网络、数字用户线(DSL)网络、帧中继网络、异步传输模式(ATM)网络、虚拟专用网络(VPN)和/或任何其它合适的通信网络中的任何一个或多个。例如：WIFI、蓝牙、NFC、GPRS、GSM、及以太网中任意一种及多种组合。

如图5所示，展示本发明于一实施例中的尾气净化设备设计系统的场景示意图。如图所示，于该场景中所述在用非道路移动柴油机械用发动机为铲车发动机，通过在铲车排气管路中设置排气温度传感器、颗粒物传感器、及氮氧化物传感器以获取对应铲车发动机的排气温度参数、排放颗粒物参数、及排放氮氧化物参数，通过所述尾气净化设备设计系统的通信器以获取上述参数信息，所述尾气净化设备设计系统的存储器上存储有计算机程序，所述尾气净化设备设计系统的处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如图1所述的尾气净化设备设计方法。

如图所示，所述尾气净化设备设计系统还可连接GPS，以实时定位所述铲车发动机位置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所述的尾气净化设备设计方法。

所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明提供的一种尾气净化设备设计方法及其装置、系统和存储介质，通过获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种尾气净化设备设计方法，其特征在于，所述方法包括：

获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；

基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；

基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

2.根据权利要求1所述的尾气净化设备设计方法，其特征在于，所述运行参数包括：进气流量、进气温度、及进气湿度中任意一种或多种组合；所述排放参数包括：排气流量、排气温度、排气压力、氮氧化物浓度、及颗粒物浓度中任意一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的尾气净化设备设计方法，其特征在于，所述排气温度特征依据工况温度占比情况分为：低温型、中温型、均衡型、低高温集中型、及高温型。

4.根据权利要求1所述的尾气净化设备设计方法，其特征在于，所述颗粒物排放特征依据所述氮氧化物浓度和/或所述颗粒物浓度分为：轻度污染型、中度污染性、及重度污染型。

5.根据权利要求1所述的尾气净化设备设计方法，其特征在于，针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线为：不宜加装、氧化催化转化器+催化型颗粒捕集器、及电加热+催化型颗粒捕集器中任意一种；针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线为：不宜加装、钒基SCR系统、铜基SCR系统、及铁基SCR系统中任意一种。

6.根据权利要求1所述的尾气净化设备设计方法，其特征在于，所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数包括：体积、长径、长度、直径、孔密度、贵金属负载量、及贵金属配比、电加热器功率中任意一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的尾气净化设备设计方法，其特征在于，所述技术参数依据成本要求或工艺要求进行微调。

8.一种尾气净化设备设计装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取在用非道路移动柴油机械用发动机在工况下的运行参数、及排放参数以确定其排气温度特征、及颗粒物排放特征；

处理模块，用于基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、发动机排量、及治理目标确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对颗粒物的尾气净化设备的技术路线；和/或，基于所述排气温度特征、颗粒物排放特征、及发动机排量确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需的针对氮氧化物的尾气净化设备的技术路线；基于所述技术路线、排气温度特征、及颗粒物排放特征确定所述在用非道路移动柴油机械用发动机所需尾气净化设备的技术参数。

9.一种尾气净化设备设计系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器、及通信器；

所述存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行存储器存储的计算机程序，该程序被执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的尾气净化设备设计方法；所述通信器通信连接排气温度传感器、氮氧化物传感器、及颗粒物传感器。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的尾气净化设备设计方法。