CN110725737B

CN110725737B - 催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法及存储介质

Info

Publication number: CN110725737B
Application number: CN201911297629.6A
Authority: CN
Inventors: 褚国良; 李钊; 李云强; 解同鹏; 秦海玉; 殷海红
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: CN110725737A

Abstract

本申请公开了一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法及存储介质，方法包括：获取排气有效能量，获取尿素蒸发吸热能量；若所述排气有效能量大于所述尿素蒸发吸热能量，则获取结晶消除量；否则，获取结晶生成量；根据所述催化还原反应装置的原结晶量、所述结晶消除量和所述结晶生成量，获取后处理中尿素结晶量；若后处理中尿素结晶量大于或等于尿素结晶量限值，则触发脱结晶处理模式。本申请提供的方法基于废气实时能量与尿素分解需要能量的差值判断结晶状况，能够在尿素结晶量超过阈值时，及时触发脱结晶处理模式，防止结晶进一步化学反应成结石，提高催化还原反应装置的转化效率的同时避免了排气管被腐蚀的风险。

Description

催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法及存储介质

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，具体涉及一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法及存储介质。

背景技术

SCR，selective catalyst reduction，即选择性催化还原反应器，用于通过尿素喷射系统，对发动机排放的氮氧化物进行还原。当尿素喷射量不合适或混合器结构过于简单时，尿素分布均匀性过差，会导致在SCR箱上或尿素喷嘴部位出现块状或粉末状的尿素结晶物。在实际应用过程中，尿素结晶情况无法判断。现有技术中，SCR与柴油机的连接结构如图1所示。

发明内容

本申请的目的是提供一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法及存储介质。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法，包括：

获取排气有效能量，获取尿素蒸发吸热能量；

若所述排气有效能量大于所述尿素蒸发吸热能量，则获取结晶消除量；否则，获取结晶生成量；

根据所述催化还原反应装置的原结晶量、所述结晶消除量和所述结晶生成量，获取后处理中尿素结晶量；

若后处理中尿素结晶量大于或等于尿素结晶量限值，则触发脱结晶处理模式。

进一步地，所述获取排气有效能量，包括：

用排气温度减去尿素开始水解的温度得到第一值；

用所述第一值依次乘以发动机排气流量、废气比热容和混合均匀性因子，得到排气有效能量。

进一步地，所述获取尿素蒸发吸热能量，包括：

尿素沸点减去尿素溶液温度得到第二值；

尿素喷射量乘以尿素汽化潜热得到第三值；

用所述第二值依次乘以尿素喷射量和尿素比热容得到第四值；

所述第四值加上所述第三值得到所述尿素蒸发吸热能量。

进一步地，所述获取结晶消除量包括：

获取实时尿素结晶消除量；

用所述实时尿素结晶消除量对时间进行积分，得到所述结晶消除量。

进一步地，所述获取结晶生成量，包括：

获取分解需要的能量；

获取实时尿素结晶量；

将所述实时尿素结晶量对时间进行积分，得到结晶生成量。

进一步地，所述获取分解需要的能量，包括：

用尿素比热容乘以尿素沸点与尿素溶液温度的差值，加上尿素汽化潜热，得到所述分解需要的能量。

进一步地，所述获取实时尿素结晶量，包括：以所述排气有效能量与所述尿素蒸发吸热能量的差值除以所述分解需要的能量，得到实时尿素结晶量。

进一步地，所述根据所述催化还原反应装置的原结晶量、所述结晶消除量和所述结晶生成量，获取后处理中尿素结晶量，包括：

用所述SCR中的原结晶量加上所述结晶生成量，减去所述结晶消除量，得到所述获取后处理中尿素结晶量。

进一步地，所述方法还包括：判断脱结晶处理是否成功，若不成功，则发出提高脱结晶处理效率的指令。

根据本申请实施例的另一个方面，提供一种非临时性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，以实现所述的催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法。

本申请实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例提供的催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法，基于废气实时能量与尿素分解需要能量的差值判断结晶状况，能够在尿素结晶量超过阈值时，及时触发脱结晶处理模式，防止结晶进一步化学反应成结石，提高催化还原反应装置的转化效率的同时避免了排气管被腐蚀的风险。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术的SCR与柴油机的连接关系示意图；在图1中，1-环境温度传感器，2-环境压力传感器，3-环境湿度传感器，4-发动机进气测量氧气浓度的传感器，5-增压器，6-中冷器，7-柴油机，8-HC喷嘴；

图2示出了本申请的一个实施例的一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法的流程图；

图3示出了本申请的另一个实施例的一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法的流程图；

图4示出了本申请的另一个实施中的步骤S011的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图2所示，本申请的一个实施例提供了一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法，包括：

S1、获取排气有效能量，获取尿素蒸发吸热能量；

S2、若排气有效能量大于尿素蒸发吸热能量，则获取结晶消除量，将结晶生成量赋值为0；否则，获取结晶生成量，将结晶消除量赋值为0；

S3、根据所述催化还原反应装置的原结晶量、所述结晶消除量和所述结晶生成量，获取后处理中尿素结晶量。

具体地，用所述催化还原反应装置的原结晶量加上所述结晶生成量，减去所述结晶消除量，得到所述获取后处理中尿素结晶量。

S4、若后处理中尿素结晶量大于或等于尿素结晶量限值，则触发脱结晶处理模式。

在某些实施方式中，触发脱结晶处理模式，即发出命令开始进行脱结晶处理的指令。

在某些实施方式中，获取排气有效能量，包括：

S111、用排气温度减去尿素开始水解的温度得到第一值；

S112、用所述第一值依次乘以发动机排气流量、废气比热容和混合均匀性因子，得到排气有效能量。

在某些实施方式中，获取尿素蒸发吸热能量，包括：

S121、尿素沸点减去尿素溶液温度得到第二值；

S122、尿素喷射量乘以尿素汽化潜热得到第三值；

S123、用所述第二值依次乘以尿素喷射量和尿素比热容得到第四值；

S124、所述第四值加上所述第三值得到所述尿素蒸发吸热能量。

在某些实施方式中，所述获取结晶消除量包括：

S211、获取实时尿素结晶消除量；

S212、用所述实时尿素结晶消除量对时间进行积分，得到所述结晶消除量。

在某些实施方式中，所述获取结晶生成量，包括：

S221、获取分解需要的能量；

S222、获取实时尿素结晶量；

S223、将所述实时尿素结晶量对时间进行积分，得到结晶生成量。

在某些实施方式中，S221、获取分解需要的能量，包括：

在某些实施方式中，S222、获取实时尿素结晶量，包括：以所述排气有效能量与所述尿素蒸发吸热能量的差值除以所述分解需要的能量，得到实时尿素结晶量。

在某些实施方式中，S3、根据所述催化还原反应装置的原结晶量、所述结晶消除量和所述结晶生成量，获取后处理中尿素结晶量，包括：

用所述SCR中原来存在的原结晶量加上所述结晶生成量，减去所述结晶消除量，得到所述获取后处理中尿素结晶量。

在某些实施方式中，所述方法还包括：S5、判断脱结晶处理是否成功，若不成功，则发出提高脱结晶处理效率的指令。

在某些实施方式中，催化还原反应装置为SCR，selective catalyst reduction，即选择性催化还原反应器。

本实施例还提供了一种非临时性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，以实现所述的催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法。

本申请的另一个实施例提供了一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法，包括：

S10、当尿素处于喷射状态且发动机处于运行状态时，开始本次监控SCR的尿素结晶状态。

S20、获取排气有效能量与尿素蒸发吸热能量的能量差值。

S201、获取排气有效能量。

排气温度减去尿素开始水解的温度（例如190℃）得到第一值，第一值依次乘以发动机排气流量、废气比热容和混合均匀性因子得到排气有效能量。计算公式如下：

排气有效能量=（排气温度-尿素开始水解的温度）·发动机排气流量·废气比热容·混合均匀性因子。

S202、获取尿素蒸发吸热能量。

尿素蒸发吸热能量的计算公式为：

尿素蒸发吸热能量=（尿素沸点-尿素溶液温度）·尿素喷射量·尿素比热容+尿素喷射量·尿素汽化潜热。

S203、用排气有效能量减去尿素蒸发吸热能量得到能量差值。计算公式为：

能量差值=排气有效能量-尿素蒸发吸热能量。

S30、若能量差值大于0，则获取结晶消除量；若能量差值不大于0，则获取结晶生成量。

获取结晶消除量包括：

获取实时尿素结晶消除量，用实时尿素结晶消除量对时间进行积分，得到结晶消除量。

实时尿素结晶消除量=发动机排气流量·废气温度·尿素结晶消除系数。

获取结晶生成量包括：

1）获取分解需要的能量；

分解需要的能量=尿素比热容·（尿素沸点-尿素溶液温度）+尿素汽化潜热。

2）获取实时尿素结晶量；

实时尿素结晶量=能量差值÷分解需要的能量。

3）对实时尿素结晶量对时间进行积分，得到结晶生成量。

S40、获取后处理中尿素结晶量。

后处理中尿素结晶量=原结晶量+结晶生成量-结晶消除量。原结晶量指的是SCR中原来存在的结晶量，即在开始本次监控SCR的尿素结晶状态之前的结晶量。

S50、若后处理中尿素结晶量大于或等于尿素结晶量限值，则触发脱结晶处理模式（例如发出进行脱结晶处理的指令），开始脱结晶处理。尿素结晶量限值可以为预先设定的阈值。

S60、判断脱结晶处理是否成功，若不成功，则发出提高脱结晶处理效率的指令。

S601、获取结晶清除量。

实时结晶清除量=发动机排气流量·废气温度·高温尿素结晶清除系数；

使实时结晶清除量对时间进行积分，得到结晶清除量。

S602、用后处理中尿素结晶量减去结晶清除量，得到脱结晶剩余结晶量，根据脱结晶剩余结晶量，判断脱结晶是否成功。

S603、若脱结晶剩余结晶量小于脱结晶成功判断限值，则说明脱结晶成功；否则，说明脱结晶不成功，发出提高脱结晶处理效率的指令。

本实施例基于废气实时能量同尿素分解需要能量的差值进行判断结晶的风险，并实时计算结晶生成的速率。能准确判断出SCR内的结晶状态并及时触发消除结晶的指令，防止结晶进一步化学反应成结石，提高SCR的转化效率的同时避免排气管被腐蚀的风险。另外，触发脱结晶模式后，可实时计算结晶清除速率。基于废气实时能量同尿素分解需要能量的差值进行判断结晶的风险，并实时计算结晶生成的速率，触发脱结晶模式后，能实时计算结晶清除速率

如图3所示，本申请的另一个实施例提供了一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法，包括：

S001、当尿素处于喷射状态且发动机处于运行状态时，进入尿素结晶处理模式，开始处理SCR的尿素结晶。

S002、计算排气有效能量。

排气温度t1同尿素开始水解时的温度t2的差值，乘以发动机排气流量a，再乘以废气比热容c1，再乘以混合均匀因子α（即利用混合均匀因子α进行修正），得到排气有效能量E1。

计算公式：E1=(t1-t2)·a·c1·α；

混合均匀因子α为废气气流及氨喷射的均匀性的因子系数，用以评价气流混合的均匀性。

S003、计算尿素蒸发吸热能量。

尿素沸点t3同尿素溶液温度t4的差值，乘以尿素喷射量b，再乘以尿素比热容c2，加上尿素喷射量d与尿素汽化潜热e的乘积，得到尿素蒸发吸热能量E2。

计算公式：E2=(t3-t4)·b·c2+d·e。

S004、获取尿素结晶消除量。

若排气有效能量E1大于尿素蒸发吸热能量E2，则进行尿素结晶清除计算；结晶风险低，为结晶消除过程。

发动机排气流量E3，乘以废气温度t5，再乘以高温尿素结晶消除系数β，得到实时尿素结晶消除量f，用实时尿素结晶消除量f对时间进行积分后得到尿素结晶消除量g。

f=E3·t5·β；

g=∫fdt。

S005、若排气有效能量E1小于尿素蒸发吸热能量E2，则进入尿素结晶模式。尿素结晶模式中结晶风险高，为结晶增长过程。

S006、排气有效能量E1减去尿素蒸发吸热能量E2，得到能量差值h。

h=E1-E2。

S007、尿素沸点t6减去尿素溶液温度t7，乘以尿素比热容c2，加上尿素汽化潜热e，得到分解需要的能量E4。

计算公式为E4=（t6-t7）·c2+e；

S008、能量差值h除以分解需要的能量E4得到实时尿素结晶量i。实时尿素结晶量i对时间积分后得到尿素结晶生成量j。

计算公式为：i=h/E4；j=∫idt。

S009、尿素结晶生成量j减去尿素结晶消除量g得到后处理中尿素结晶量k。

k=j-g。

S010、当后处理中尿素结晶量k大于或等于预设尿素结晶量限值时，触发脱结晶清除模式，进行脱结晶处理。

S011、判断是否脱结晶成功，若脱结晶不成功，则提高脱结晶效率。

如图4所示，后处理中尿素结晶量k减去尿素结晶清除量g’，得到后处理中脱结晶剩余结晶量l，若后处理中脱结晶剩余结晶量l小于预设脱结晶成功判断限值，则脱结晶成功。

获取尿素结晶清除量g’的步骤为：

使实时结晶清除量对时间进行积分，得到结晶清除量。

本申请的实施例利用废气能量判断尿素结晶状况，并能够高效准确地计算结晶量，在结晶量超过限值的情况下能及时触发脱结晶模式，并可实时计算结晶清除速率，准确判断结晶并能及时除去结晶，防止结石，从而改善燃油经济性，提升后处理的安全性，延长发动机及后处理使用寿命。

需要说明的是：

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器( DSP )来实现根据本申请实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法，其特征在于，包括：

获取排气有效能量，获取尿素蒸发吸热能量；

若后处理中尿素结晶量大于或等于尿素结晶量限值，则触发脱结晶处理模式；

所述获取排气有效能量，包括：

用排气温度减去尿素开始水解的温度得到第一值；

用所述第一值依次乘以发动机排气流量、废气比热容和混合均匀性因子，得到排气有效能量；

所述获取尿素蒸发吸热能量，包括：

尿素沸点减去尿素溶液温度得到第二值；

尿素喷射量乘以尿素汽化潜热得到第三值；

所述第四值加上所述第三值得到所述尿素蒸发吸热能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取结晶消除量包括：

获取实时尿素结晶消除量；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取结晶生成量，包括：

获取分解需要的能量；

获取实时尿素结晶量；

将所述实时尿素结晶量对时间进行积分，得到结晶生成量；

所述获取分解需要的能量，包括：

用尿素比热容乘以尿素沸点与尿素溶液温度的差值，加上尿素汽化潜热，得到所述分解需要的能量；

所述获取实时尿素结晶量，包括：以所述排气有效能量与所述尿素蒸发吸热能量的差值除以所述分解需要的能量，得到实时尿素结晶量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述催化还原反应装置的原结晶量、所述结晶消除量和所述结晶生成量，获取后处理中尿素结晶量，包括：

用所述催化还原反应装置中的原结晶量加上所述结晶生成量，减去所述结晶消除量，得到所述获取后处理中尿素结晶量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：判断脱结晶处理是否成功，若不成功，则发出提高脱结晶处理效率的指令。

6.一种非临时性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，以实现如权利要求1-5中任一所述的催化还原反应装置的尿素结晶状态监控方法。