CN110617130A - 一种柴油机scr氨比值因子的快速标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，根据柴油机类型选择不同的参考点组合，分别计算出参考点组合中各参考点处NH3需求量根据各参考点处的NH3需求量氮氧化物(NOX)的排放限值柴油机转速n和柴油机功率Pe分别计算出各参考点处的SCR氨比值因子f，根据参考点组合内各参考点处的氨比值因子f得到待标定点的SCR氨比值因子f标定，基于f标定、待标定点的转速n标定和待标定点的功率Pe标定之间的关系得到待标定点处的NH3需求量本发明通过不同的参考点组合来适应不同类型柴油机的标定要求，实现柴油机制造企业的快速标定。

Description

一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法
技术领域
本发明属于柴油机后处理标定技术领域，尤其是一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法。
背景技术
柴油机燃烧产物主要是CO、HC、CO2、NOX气体和颗粒物。针对柴油机排出的NOX气体的技术处理方案，除排气再循环技术EGR(Exhaust Gas Recirculation)外，市场上主要采用选择性催化还原技术SCR(Selective Catalytic Reduction)。SCR技术主要通过尿素中NH3与NOX进行还原反应，减少排气中的NOX气体，具有处理效果好、综合效率高的特点。
SCR装置中氨水溶液的喷射量关系到污染物的处理效率。其中，喷射量过小则导致部分NOX气体无法有效处理，喷射量过大则可能导致未反应的氨在排气管中与其他燃烧产物反应进而产生次生有害物质，或者直接排入大气并对之造成负面影响。由此，国家排放法规要求车用柴油机排气中氨的含量不能高于10ppm。
随着排放法规的升级，标定工作中对于氨水溶液喷射量的标定将无法避免。目前现有SCR装置标定氨水溶液喷射量的方法：按照国家排放法规的测量标准及方法，在柴油机台架上，逐点测量原机NOx排放，通过喷入氨水溶液，使NH3与NOx产生还原反应，通过安装在SCR装置下游在各种传感器，测量判断NOx的排放量是否在限值内，如若不然则调整氨水溶液的喷射量，确保最终满足法规要求。综合来看，标定工作是一个反复的过程，耗时耗力。柴油机台架的标定方法一般执行13工况法，其中，在2阶段主要执行R49循环标定，在3～5阶段主要执行欧洲ESC循环标定。以上两种标定方法均需对柴油机13个工况点的各项数据进行采集，面对法规和市场需求的双重压力，按照13工况法对氨喷射量进行标定，工作量巨大，柴油机制造企业亟需一种简易准确的快速标定方法。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，依据不同排放法规标准规定NOx排放限值的SCR氨比值因子。通过建立参考点与待标定点之间的关联性，简便、准确地计算确定柴油机各设定工况点的氨水溶液喷射量，达到减少氨水溶液喷射量标定工作量和氨泄漏的目的。
本发明所采用的技术方案如下：
一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，包括以下步骤：
S1、根据柴油机类型选择不同的参考点组合；
S2、分别计算出参考点组合中各参考点处NH3需求量所述参考点处NH3需求量的计算方法为：根据各参考点处NOX原始排放量和各参考点处所分担的柴油机NOX排放量的限值分别计算出参考点处NH3需求量
其中，为参考点处NOx的减少量，mg/kWh； 为参考点处的NOX分担率，，％；为柴油机NOX排放量的总限值，mg/kWh；；
S3、分别计算出参考点组合中各参考点处的SCR氨比值因子f；所述参考点处SCR氨比值因子f的计算方法为：根据各参考点的NH3需求量NOX排放限值柴油机转速n(r/min)和柴油机功率Pe(kW)分别计算出各参考点处SCR氨比值因子
S4、根据参考点组合内各参考点处的氨比值因子f得到待标定点的SCR氨比值因子f标定，基于f标定、待标定点的转速n标定和待标定点的功率Pe标定之间的关系得到标定点的NH3需求量
进一步，所述柴油机类型分为车用柴油机、工程机械柴油机和发电机组柴油机；
进一步，所述参考点组合的选取规则为：当柴油机为车用柴油机，则分别选取最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C为参考点；当柴油机为工程机械柴油机，则分别选取最大转矩点A、标定工况点B为参考点；当柴油机为发电机组柴油机，选择标定工况点B为参考点；
进一步，所述转速功率平均值点C的柴油机转速为转速功率平均值点C的功率为其中，nA、nB分别为最大转矩点A的转速和标定工况点B的转速，r/min；PeA和PeB分别为A点和B点的功率，kW；
进一步，当柴油机为车用柴油机时，计算待标定点的SCR氨比值因子：
其中，m为待标定工况点的转速占标定工况转速的百分比，n为待标定工况点的负荷占标定工况负荷的百分比。k1为待标定点SCR氨比值因子的综合影响常数，k2、k3、k4分别为最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C的SCR氨比值因子的耦合影响常数；
进一步，当柴油机为工程机械柴油机时，计算待标定点的SCR氨比值因子：
进一步，当柴油机为发电机组柴油机时，计算待标定点的SCR氨比值因子：
本发明的有益效果：
1.本发明可选取不同的参考点组合来适应不同类型柴油机的标定要求。在不同外界环境和增压形式等的影响因素下，通过调整综合影响常数和耦合影响常数，使计算方法更符合标定工作以及柴油机制造企业的技术要求，且能够实现柴油机制造企业的快速标定。
2.通过少量参考点的计算数据计算待标定点的氨水溶液需求量，达到减少NOx标定工作量和氨泄漏的目的。
3.标定试验完成后，可将不同工况下氨水溶液喷射量的参数与柴油机转速功率等技术参数匹配，并嵌入电子控制单元中，以便柴油机在实际运行工况中调用相关参数，实现氨水溶液在满足排放法规的前提下完成NOX的还原。
附图说明
图1位本发明的柴油机台架试验示意图；
图2为本发明的工况点选择及比值因子计算示意图；
图3为本发明的氨水溶液喷射量标定计算方法示意图；
图中，1、柴油机，2、测功机，3、排气分析仪，4、油箱，5、SCR装置，6、尿素箱，7、尿素泵，8、流量计，9、喷嘴，10、排气管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1，本发明所公开的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，包括如下步骤：
S1、针对不同的柴油机类型选择不同的参考点组合，当柴油机为车用柴油机，则分别选取最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C为参考点，其中，转速功率平均值点C的柴油机转速为转速功率平均值点C的功率为nA、nB分别为最大转矩点A的转速和标定工况点B的转速，r/min，PeA和PeB分别为最大转矩点A和标定工况点B的功率，kW。
当柴油机为工程机械柴油机，则分别选取最大转矩点A、标定工况点B为参考点。
当柴油机为发电机组柴油机，选择标定工况点B为参考点(下文中为了描述方便，将最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C简述为参考点A点、B点和C点)。
S2、以车用柴油机为例，分别计算A点、B点和C点处NH3的需求量具体过程如下：
S2.1、在已选取的车用柴油机不同工况下，通过试验采集参考点A点、B点和C点的转速(nA、nB、nC)、参考点A点、B点和C点处的功率(PeA、PeB、PeC)和各参考点A点、B点和C点处NOX原始排放量
S2.2、根据国家排放法规，得到车用柴油机NOX排放量的总限值根据各个参考点的NOX排放分担率，可分别计算参考点A点、B点和C点处NOX排放量限值，如：
A点：
B点：
C点：
其中，为国家排放法规规定的车用柴油机的NOx限值，mg/kWh，分别为参考点A点、B点和C点处NOX分担率，％。根据排放法规标准、不同柴油机类型和型号，不同工况点处NOX的分担率各有不同，比如车用柴油机A点NOX的分担率大概为10～20％，分担率的数值可通过试验测得，也可根据经验公式预估范围。
S2.3、计算参考点A点、B点和C点处的NH3需求量如：
A点：
B点：
C点：
S3、根据参考点A点、B点和C点处NH3需求量NOX的排放限值柴油机转速n和柴油机功率Pe分别计算出各参考点处SCR氨比值因子，如：
A点：
B点：
C点：
S4、根据参考点组合内各参考点处的氨比值因子f得到待标定点的SCR氨比值因子，基于f标定、待标定点的转速n标定和待标定点的功率Pe标定之间的关系得到待标定点处的NH3需求量如图2中的D点所示，计算过程为：
其中，m为待标定点的转速占标定工况转速的百分比，n为待标定点的负荷占标定工况负荷的百分比。k1为标定点SCR氨比值因子的综合影响常数，k2、k3、k4分别为A点、B点和C点SCR氨比值因子的耦合影响常数。
当柴油机为工程机械柴油机时，仅需要获得参考点A点和B点SCR氨比值因子，如图2中的E点所示，计算标定点的SCR氨比值因子：
当柴油机为发电机组柴油机时，仅需要获得参考点B点SCR氨比值因子，如图2中的F点所示，计算标定点的SCR氨比值因子：
为了实现本发明所设计的柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，本申请基于一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定系统如图3所示，标定系统包括柴油机1，柴油机1分别连接测功机2、排气分析仪3和油箱4；柴油机1与SCR装置5之间通过排气管10连接，在排气管10内装有喷嘴9，喷嘴9通过管路依次连接尿素泵7和尿素箱6,，且在连接管路内装有流量计。测功机2与柴油机1之间刚性连接，为了测定柴油机1在不同工况下的转速和功率；排气分析仪3连通柴油机1的排气歧管，主要测量柴油机1在不同工况的原始NOX排放量；SCR装置5主要为NH3和NOX的还原反应提供催化剂和载体；喷嘴9喷射标准浓度为32.5％的尿素，为还原反应提供原料氨。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据柴油机类型选择不同的参考点组合；
S2、分别计算出参考点组合中各参考点处NH3需求量
S3、分别计算出参考点组合中各参考点处的SCR氨比值因子f；
S4、根据参考点组合内各参考点处的氨比值因子f得到待标定点的SCR氨比值因子f标定，基于f标定、待标定点的转速n标定和待标定点的功率Pe标定之间的关系得到标定点的NH3需求量
2.根据权利要求1所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，所述柴油机类型分为车用柴油机、工程机械柴油机和发电机组柴油机。
3.根据权利要求2所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，所述参考点组合的选取规则为：当柴油机为车用柴油机，则分别选取最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C为参考点；当柴油机为工程机械柴油机，则分别选取最大转矩点A、标定工况点B为参考点；当柴油机为发电机组柴油机，则选取标定工况点B为参考点。
4.根据权利要求3所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，所述转速功率平均值点C的柴油机转速为转速功率平均值点C的功率为其中，nA、nB分别为最大转矩点A的转速和标定工况点B的转速，r/min，PeA和PeB分别为最大转矩点A的转速和标定工况点B的功率，kW。
5.根据权利要求3所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，当柴油机为车用柴油机时，计算待标定点的SCR氨比值因子：
其中，m为待标定工况点的转速占标定工况转速的百分比，n为待标定工况点的负荷占标定工况负荷的百分比，k1为标定点SCR氨比值因子的综合影响常数，k2、k3、k4分别为最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C的SCR氨比值因子的耦合影响常数，fA、fB、fC分别为最大转矩点A、标定工况点B和转速功率平均值点C的SCR氨比值因子。
6.根据权利要求5所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，当柴油机为工程机械柴油机时，计算待标定点的SCR氨比值因子：
7.根据权利要求5所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，当柴油机为发电机组柴油机时，计算待标定点的SCR氨比值因子：
8.根据权利要求1所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，所述参考点处NH3需求量的计算方法为：
其中，为各参考点处NOx的减少量，mg/kWh；为各参考点处NOX原始排放量，mg/kWh；为各参考点处所分担的柴油机NOX排放量的限值，mg/kWh； 为参考点处的NOX分担率，％；为柴油机NOX排放量的总限值，mg/kWh。
9.根据权利要求8所述的一种柴油机SCR氨比值因子的快速标定方法，其特征在于，各参考点处SCR氨比值因子其中，n为参考点处的柴油机转速，r/min，Pe为参考点处的柴油机功率，kW。
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