CN110700926B - 一种实现scr脱硫再生的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现SCR脱硫再生的控制方法。它根据车辆当前工况参数、SCR温度、尿素喷射量和NOx值判断是否开启SCR硫中毒的诊断功能，在开启SCR硫中毒的诊断功能后根据NOx排放值进行SCR硫中毒的诊断，当诊断SCR发生硫中毒时，开启脱硫再生功能，控制SCR脱硫再生，脱硫再生完成后，根据NOx排放值诊断SCR脱硫再生是否成功。本发明通过基于窗口的NOx排放值进行SCR硫中毒的诊断，诊断结果更准确，便于及时的进行SCR脱硫再生控制；通过高温去掉累积在SCR上的硫，使得SCR效率始终保持高效率，满足法规要求。

Description

一种实现SCR脱硫再生的控制方法
技术领域
本发明属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种实现SCR脱硫再生的控制方法。
背景技术
随着国六排放法规的即将实施，目前柴油机制造厂都在开发国六柴油机，国六柴油机为了降低发动机尾气中的NOx和颗粒排放，都匹配了催化氧化器(DOC)+颗粒过滤器(DPF)+选择性氧化还原器(SCR) 的后处理系统。
无论是钒基SCR催化剂、Cu基SCR催化剂还是Fe基SCR催化剂，都会发生硫中毒故障，导致SCR效率贬低，而使得NOx转化效率下降，导致NOx排放升高，可能会报出排放超标的故障，进而限速限扭，影响司机驾驶。燃油和润滑油中都含有硫，因此随着使用时间的增加，SCR催化剂都会硫中毒，
现有技术方案如专利号CN 201510943760.0，提出了一种SCR系统的脱硫控制方式，其是获取SCR转化效率，根据获取SCR转化效率判断SCR系统是否存在硫中毒，最终确定是否进行脱硫处理。现有技术根据转化效率判断是否存在硫中毒，计算过程复杂，且判断结果不准确，即无法准确判断SCR硫中毒，在判断SCR硫中毒之后也没有专门针对SCR脱硫的控制策略。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种实现SCR脱硫再生的控制方法，能够准确判断是否存在SCR硫中毒，并能够在SCR硫中毒后进行高效的脱硫再生，并准确判断脱硫再生是否成功。
本发明采用的技术方案是：一种实现SCR脱硫再生的控制方法，根据车辆当前工况参数、SCR温度、尿素喷射量和NOx值判断是否开启SCR硫中毒的诊断功能，在开启SCR硫中毒的诊断功能后根据 NOx排放值进行SCR硫中毒的诊断，当诊断SCR发生硫中毒时，开启脱硫再生功能，控制SCR脱硫再生，脱硫再生完成后，根据NOx 排放值诊断SCR脱硫再生是否成功。
进一步地，当满足以下条件后，开启SCR硫中毒的诊断功能：
1)当前工况转速与前t1时刻的转速变化小于δ1；
2)当前工况扭矩百分数与前t1时刻的扭矩百分数变化小于δ2；
3)SCR温度在T1与T2之间；
4)尿素喷射量大于m；
5)原机NOx值在v1和v2之间；
6)后NOx值在v3和v4之间。
进一步地，以每个时刻作为工况点，建立基于当前工况点的窗口，窗口终点为当前工况点，从当前工况点开始往前累加工况点的功，直至累加的功大于等于WHTC的循环功时，处于最前的工况点作为窗口的起点，所述NOx排放值通过以下公式计算：
Figure GDA0003133558090000021
Figure GDA0003133558090000022
Figure GDA0003133558090000023
其中：Yj为j时刻的Nox排放值；
Figure GDA0003133558090000024
为窗口里t时刻的NOx质量流量；
Figure GDA0003133558090000025
为窗口里t时刻的NOx在尾气中的体积流量；
Figure GDA0003133558090000026
为窗口里t时刻的废气质量流量；
Pt为窗口里t时刻的单点功率；
nt为窗口里t时刻的转速；
Tt为窗口里t时刻的扭矩；
i为计算窗口的起点；
j为计算窗口的终点；
t为窗口内的某一个时刻。
进一步地，SCR硫中毒的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值a进行对比，若某一时刻的NOx排放值大于等于目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
进一步地，SCR硫中毒的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值a进行对比，若连续一段时间b的NOx排放值大于等于目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
进一步地，SCR硫中毒的诊断功能开启后，连续计算n段时间，将每段时间内的所有工况点的NOx排放值与目标值a进行对比，若一段时间内NOx排放值超过目标值a的工况点的数量与该段时间内的总工况点的数量的比例大于等于设定值c，则认为该段时间的NOx排放值超过目标值a；若n段时间的NOx排放值都超过目标值a，则诊断 SCR发生硫中毒。
进一步地，SCR硫中毒的诊断功能开启后，将每个时刻的NOx 排放值与目标值a进行对比，若NOx排放值大于等于目标值a，则计数加一，直至计数达到设定值d，则诊断SCR发生硫中毒。
进一步地，当满足以下条件后，开启脱硫再生功能：
1)诊断SCR发生硫中毒，2)DPF碳载量小于最大碳载量限值，3) 距离上一次再生的发动机运行时间或里程高于标定值。
进一步地，所述SCR脱硫再生包括三个阶段，第一阶段为SCR 升温阶段，提升排气温度到T3；第二阶段为SCR再生阶段，提升排气温度到T4，并维持该温度进行脱硫再生；第三阶段为再生完成后退出脱硫再生阶段。
进一步地，通过以下任意一种或多种方法提升排气温度到T3：
1)、推迟发动机主喷油正时；2)、降低高压共轨的轨压；3)、部分关闭节气门；4)、废气再循环阀开度减小；5)、可变涡轮增压器阀开度增大；6)、增加发动机预喷喷油量。
进一步地，通过控制缸内后喷油量和/或通过后处理燃油喷射系统往排气管内喷油提升排气温度到T4。
更进一步地，当SCR效率停止再生的设定值或者再生持续时间超过设定值，则退出脱硫再生；退出脱硫再生后先控制第二阶段的升温措施停止，再控制第一阶段的升温措施恢复到正常状态。
本发明的有益效果是：通过基于窗口的NOx排放值进行SCR硫中毒的诊断，可以准确预测SCR硫中毒，诊断结果更准确，便于及时的进行SCR脱硫再生控制；通过高温去掉累积在SCR上的硫，使得 SCR效率始终保持高效率，满足法规要求；通过基于窗口的NOx排放值进行SCR脱硫再生成功的诊断，可以准确预测脱硫再生是否成功，设计更合理。
附图说明
图1为本发明计算窗口的原理示意图。
图2为本发明SCR脱硫再生的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
本发明提供一种实现SCR脱硫再生的控制方法，根据车辆当前工况参数、SCR温度、尿素喷射量和NOx值判断是否开启SCR硫中毒的诊断功能，在开启SCR硫中毒的诊断功能后根据NOx排放值进行 SCR硫中毒的诊断，当诊断SCR发生硫中毒时，开启脱硫再生功能，控制SCR脱硫再生，脱硫再生完成后，根据NOx排放值诊断SCR脱硫再生是否成功。
本发明根据上述方案提出了一种SCR硫中毒的诊断功能开启方法，在后处理系统无硬件故障(包括后NOx传感器、温度传感器等等) 前提下，当满足以下条件后，开启SCR硫中毒的诊断功能：
1)当前工况转速与前t1时刻的转速变化小于δ1，t1的范围为 0.1～10s，δ1的范围为10～200rpm；
2)当前工况扭矩百分数与前t1时刻的扭矩百分数变化小于δ2，δ2的范围为0～20％；
3)SCR温度在T1与T2之间，T1的范围为180～240℃，T2的范围为300～500℃；
4)尿素喷射量大于m，m的范围为大于100ml/h；
5)原机NOx值在v1和v2之间，v1的范围为100～1500ppm，v2 的范围为300～2000ppm；
6)后NOx值在v3和v4之间，v3的范围为10～500ppm，v4的范围为100～2000ppm。
本发明根据上述方案提出了一种基于计算窗口的NOx排放值的计算方法，如图1所示，有一个数据储存器，以每个时刻作为工况点，存储包括当前工况点在内的前3000s的工况数据，计算窗口的右边界 (即终点)为当前工况点，从当前工况点开始往前累加工况点的功，直至累加的功大于等于WHTC的循环功时，则定义处于累加的最前的工况点作为计算窗口的左边界(即起点)。NOx排放值的计算方法为窗口的NOx质量流量与窗口的功率的比值，窗口的NOx质量流量即所有工况点的NOx质量流量求和，窗口的功率即所有工况点的功率求和。具体NOx排放值通过以下公式计算：
Figure GDA0003133558090000051
Figure GDA0003133558090000052
Figure GDA0003133558090000053
Yj为j时刻的NOx比排放，g/kwh；
Figure GDA0003133558090000054
为窗口里t时刻的NOx质量流量，g/h；
Figure GDA0003133558090000055
为窗口里t时刻的NOx在尾气中的体积流量，ppm；
Figure GDA0003133558090000056
为窗口里t时刻的废气质量流量，kg/h；
Pt为窗口里t时刻的单点功率，Kw；
nt为窗口里t时刻的转速，rpm；
Tt为窗口里t时刻的扭矩，Nm；
i为计算窗口的起点；
j为计算窗口的终点；
t为窗口内的某一个时刻。
上述方案中，当SCR硫中毒的诊断功能开启后，则进行SCR硫中毒的诊断，SCR硫中毒的诊断可以采用以下4种方法中的任意一种进行诊断：
方法1：SCR硫中毒的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值 a进行对比，若某一时刻的NOx排放值大于等于目标值a，则诊断SCR 发生硫中毒。
方法2：SCR硫中毒的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值 a进行对比，若连续一段时间b的NOx排放值大于等于目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
方法3：SCR硫中毒的诊断功能开启后，连续计算n段时间(每段时间的时长相同，可以为1s～3600s，根据实际需求确定)内的NOx 排放值，所述n段时间连续，将每段时间内的所有工况点的NOx排放值与目标值a进行对比，若一段时间内NOx排放值超过目标值a的工况点的数量与该段时间内的总工况点的数量的比例大于等于设定值 c，则认为该段时间的NOx排放值超过目标值a；若n段时间的NOx 排放值都超过目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
方法4：SCR硫中毒的诊断功能开启后，将每个时刻的NOx排放值与目标值a进行对比，若NOx排放值大于等于目标值a，则计数加一，直至计数达到设定值d，则诊断SCR发生硫中毒。
上述方案中，在诊断SCR发生硫中毒时，当同时满足以下条件后，开启脱硫再生功能：诊断SCR发生硫中毒、DPF碳载量小于最大碳载量限值、距离上一次再生的发动机运行时间或里程高于标定值、控制策略并没有禁止进行再生和DPF再生需求未触发。
上述方案中，当SCR脱硫再生开启后，本发明提供一种SCR脱硫再生的控制方法，具体SCR脱硫再生包括三个阶段，如图2所示，第一阶段为SCR升温阶段，主要通过相应的措施提升排气温度到T3， T3的温度范围为250℃～400℃均可；第二阶段为SCR再生阶段，主要是通过喷油提升排气温度到T4，T4的温度范围为480℃～650℃均可，并维持该温度进行脱硫再生；第三阶段为再生完成后退出脱硫再生阶段。
第一阶段SCR升温到T3的方法有以下几种：1)、推迟发动机主喷油正时，正时推迟0.5°-2°；2)、降低高压共轨的轨压，轨压为200kpa -2000kpa；3)、节气门开度减小，节气门开度为0％-60％；4)、废气再循环阀(EGR阀)开度减小，EGR阀开度至0-50％；5)、可变涡轮增压器阀(VGT阀)开度增大，VGT阀开度为20-100％；6)、增加发动机预喷喷油量(0g/str-20g/str)等措施。当确认SCR发生硫中毒后，可以采用一种措施或者使多种措施同时使用来提升SCR温度。
第二阶段SCR脱硫再生的方法为：当排气温度达到设定温度T3 后，通过控制器控制缸内后喷油量或者通过后处理燃油喷射系统往排气管内喷油或者这两种方法均采用，从而使得排气管内有未燃的燃油或者碳氢，未燃燃油或者碳氢经过DOC时会被氧化，放出热量，从而使得排气温度提升到设定温度T4，并维持该温度进行脱硫再生。
第三阶段脱硫再生退出的方法，当SCR效率停止再生的设定值或者再生持续时间超过设定值，就会停止再生，停止再生也分两个阶段，阶段一是控制第二阶段的升温措施停止，即停止喷油，若第二阶段脱硫再生仅采用了缸内后喷则关闭缸内后喷，若上述第二阶段脱硫再生仅采用了后处理喷油系统往排气管内喷油，则停止往排气管内喷油，若同时采用缸内后喷和往排气管喷油，则同时停止缸内后喷和往排气管内喷油，当排气温度由T4下降到T5(T5的温度范围为250℃～500℃均可)，则进入阶段二，阶段二则是控制上述第一阶段的升温措施恢复到正常状态，即恢复到发动机正常运行的工况，如发动机主喷油正时、高压共轨的轨压、节气门开度、废气再循环阀(EGR阀)开度、可变涡轮增压器阀(VGT阀)开度或者发动机预喷喷油量等都恢复到正常状态。
本发明还提供一种SCR脱硫再生成功的判断方法，当满足以下条件后，SCR脱硫再生成功的诊断功能开启，该SCR脱硫再生成功的诊断功能开启条件与SCR硫中毒的诊断功能开启的条件相同：
1)当前工况转速与前t1时刻的转速变化小于δ1，t1的范围为 0.1～10s，δ1的范围为10～200rpm；
2)当前工况扭矩百分数与前t1时刻的转速变化小于δ2，δ2的范围为0～20％；
3)SCR温度在T1与T2之间，T1的范围为180～240℃，T2的范围为300～500℃；
4)尿素喷射量大于m，m的范围为大于100ml/h；
5)原机NOx值在v1和v2之间，v1的范围为100～1500ppm，v2 的范围为300～2000ppm；
6)后NOx值在v3和v4之间，v3的范围为10～500ppm，v4的范围为100～2000ppm。
SCR脱硫再生成功的诊断功能开启后，根据上述基于计算窗口的 NOx排放值可以采用以下4种方法中的任意一种来判断SCR脱硫再生是否成功：
方法1：SCR脱硫再生成功的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值y进行对比，若某一时刻的NOx排放值小于等于目标值y，则诊断SCR脱硫再生成功。
方法2：SCR脱硫再生成功的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值y进行对比，若连续一段时间z的NOx排放值小于等于目标值 y，则诊断SCR脱硫再生成功。
方法3：SCR脱硫再生成功的诊断功能开启后，连续计算m段时间(每段时间的时长相同，可以为1s～3600s，根据实际需求确定)内的NOx排放值，所述m段时间连续，将每段时间内的所有工况点的 NOx排放值与目标值y进行对比，若一段时间内NOx排放值小于等于目标值y的工况点的数量与该段时间内的总工况点的数量的比例大于等于设定值e，e可以为30％，则认为该段时间的所有工况点NOx 排放值都小于等于目标值y；若每段时间的NOx排放值都小于等于目标值y，则诊断SCR脱硫再生成功。
方法4：SCR脱硫再生成功的诊断功能开启后，将每个时刻的NOx 排放值与目标值y进行对比，若NOx排放值小于等于目标值y，则计数加一，直至计数达到设定值f，则诊断SCR脱硫再生成功。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于：根据车辆当前工况参数、SCR温度、尿素喷射量和NOx值判断是否开启SCR硫中毒的诊断功能，在开启SCR硫中毒的诊断功能后根据NOx排放值进行SCR硫中毒的诊断，当诊断SCR发生硫中毒时，开启脱硫再生功能，控制SCR脱硫再生，脱硫再生完成后，根据NOx排放值诊断SCR脱硫再生是否成功；
以每个时刻作为工况点，建立基于当前工况点的窗口，窗口终点为当前工况点，从当前工况点开始往前累加工况点的功，直至累加的功大于等于WHTC的循环功时，处于最前的工况点作为窗口的起点，所述NOx排放值通过以下公式计算：
Figure FDA0003370955180000011
Figure FDA0003370955180000012
Figure FDA0003370955180000013
其中：Yj为j时刻的Nox排放值；
Figure FDA0003370955180000014
为窗口里t时刻的NOx质量流量；
Figure FDA0003370955180000015
为窗口里t时刻的NOx在尾气中的体积流量；
Figure FDA0003370955180000016
为窗口里t时刻的废气质量流量；
Pt为窗口里t时刻的单点功率；
nt为窗口里t时刻的转速；
Tt为窗口里t时刻的扭矩；
i为窗口的起点；
j为窗口的终点；
t为窗口内的某一个时刻。
2.根据权利要求1所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于：SCR硫中毒的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值a进行对比，若某一时刻的NOx排放值大于等于目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
3.根据权利要求1所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于：SCR硫中毒的诊断功能开启后，将NOx排放值与目标值a进行对比，若连续一段时间b的NOx排放值大于等于目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
4.根据权利要求1所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于：SCR硫中毒的诊断功能开启后，连续计算n段时间，将每段时间内的所有工况点的NOx排放值与目标值a进行对比，若一段时间内NOx排放值超过目标值a的工况点的数量与该段时间内的总工况点的数量的比例大于等于设定值c，则认为该段时间的NOx排放值超过目标值a；若n段时间的NOx排放值都超过目标值a，则诊断SCR发生硫中毒。
5.根据权利要求1所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于：SCR硫中毒的诊断功能开启后，将每个时刻的NOx排放值与目标值a进行对比，若NOx排放值大于等于目标值a，则计数加一，直至计数达到设定值d，则诊断SCR发生硫中毒。
6.根据权利要求1所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于，所述SCR脱硫再生包括三个阶段，第一阶段为SCR升温阶段，提升排气温度到T3；第二阶段为SCR再生阶段，提升排气温度到T4，并维持该温度进行脱硫再生；第三阶段为再生完成后退出脱硫再生阶段。
7.根据权利要求6所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于，通过以下任意一种或多种方法提升排气温度到T3：
1)、推迟发动机主喷油正时；2)、降低高压共轨的轨压；3)、部分关闭节气门；4)、废气再循环阀开度减小；5)、可变涡轮增压器阀开度增大；6)、增加发动机预喷喷油量。
8.根据权利要求6所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于：通过控制缸内后喷油量和/或通过后处理燃油喷射系统往排气管内喷油提升排气温度到T4。
9.根据权利要求6所述的实现SCR脱硫再生的控制方法，其特征在于，当SCR再生持续时间超过设定值，则退出脱硫再生；退出脱硫再生后先控制第二阶段的升温措施停止，再控制第一阶段的升温措施恢复到正常状态。
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