CN110905639B - 一种scr储氨模型的修正系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SCR储氨模型的修正系统及其方法，该系统包括DOC催化器、SCR催化器、尿素罐以及控制器，所述DOC催化器的出口端与SCR催化器的入口端连接，所述DOC催化器与SCR催化器的连接处设置有尿素喷嘴，所述尿素罐通过尿素泵与尿素喷嘴连接；所述SCR催化器上设置有温度传感器和NOX传感器，所述温度传感器和NOX传感器的数据输出端与控制器的数据输入端连接，所述控制器的控制信号输出端与尿素泵的控制信号输入端连接。本发明的方法能够根据SCR内部温度变化来修正SCR的目标储氨量，能够对实时过程准确地进行储氨量修正，从而使得尿素喷射量更准确。

Description

一种SCR储氨模型的修正系统及其方法
技术领域
本发明属于汽车排气后处理的技术领域，具体涉及一种SCR储氨模型的修正系统及其方法。
背景技术
目前Urea-SCR技术被认为是降低车用柴油机NOX排放最有效的方法,通过尿素喷射系统将质量分数32.5％的尿素水溶液喷入排气管中后，需要经过碰壁、蒸发、水解、热解等过程转化为NH3，然后与 NOx反应，降低车用柴油机的尾气NOx排放。
随着排放法规的日益严格，NOx排放限值越来越低，因此后处理系统需要更精准的尿素喷射控制策略来实现高的NOx转化效率和低的NH3泄露。现有的尿素喷射控制过程中，由于车辆行驶过程，工况变化很大，导致催化剂的温度和空速一直在急剧变化，从而影响到催化剂的储氨量，使得催化剂的转化效率发生变化，实际储氨量过小则会导致NOx转化效率过低，排放超过OBD限值，导致车辆限扭限速等问题；实际储氨量过大则会导致NH3泄露，NH3有剧毒。快速升温或者降温的动态工况下，由于催化剂实际储氨能力的变化，非常容易造成NOx排放超标或者NH3的大量泄漏。由此可知，保持高NOx 转化效率和低NH3泄漏量SCR系统控制的关键技术，而其中最核心的关键则是能够准确修正SCR储氨模型，从而确保实际储氨量始终保持在目标储氨量附近。
现有技术方案有专门针对瞬态工况修正喷射量的方法，但都不是很准确，修正效果不好，如专利号CN106837488B《一种尿素喷射控制方法、装置及SCR系统》，计算SCR催化器的当前温度，当前温度位于第一预设温度区域，则根据当前工况下SCR催化器的氨实际存储量以及氨饱和存储量之间的差异，对当前尿素喷射量进行修正；若当前温度位于第二预设温度区域，则根据NOx转化效率的变化，对当前尿素喷射量进行修正。上述方法只对瞬态过程进行了简单的修正，并不能准确修正储氨量，无法实现高NOx转化效率和低NH3泄露。
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 SCR储氨模型的修正系统及其方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种SCR储氨模型的修正系统，包括DOC催化器、SCR催化器、尿素罐以及控制器，所述DOC催化器的出口端与SCR催化器的入口端连接，所述DOC 催化器与SCR催化器的连接处设置有尿素喷嘴，所述尿素罐通过尿素泵与尿素喷嘴连接；所述SCR催化器上设置有温度传感器和NOX传感器，所述温度传感器和NOX传感器的数据输出端与控制器的数据输入端连接，所述控制器的控制信号输出端与尿素泵的控制信号输入端连接。
上述技术方案中，所述温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在SCR催化器的入口端，所述第二温度传感器设置在SCR催化器的出口端。
上述技术方案中，所述NOX传感器包括第一NOX传感器和第二 NOX传感器，所述第一NOX传感器设置在SCR催化器的入口端，所述第二NOX传感器设置在SCR催化器的出口端。
本发明还提供一种利用上述的SCR储氨模型的修正系统进行修正的方法，包括如下步骤：
1)计算SCR内部温度、SCR内部温度变化量以及SCR空速，根据SCR内部温度和SCR空速查控制map得到初始目标储氨量A，根据SCR内部温度变化量和SCR空速查控制map得到修正系数K1；
2)根据初始目标储氨量A和修正系数K1，计算得到目标储氨量B；
3)根据第一NOX传感器监测的第一NOx体积浓度、第二NOX传感器监测的第二NOx体积浓度、上一时刻的实际储氨量、上一时刻的尿素喷射量以及排气质量流量计算实际储氨量mnh3；
4)根据实际储氨量mnh3和目标储氨量B，计算得到尿素喷射量 murea。
上述技术方案中，所述步骤1)中，SCR内部温度为温度传感器监测的温度平均值。
上述技术方案中，所述步骤1)中，SCR内部温度变化量由如下公式计算而得：
ΔT＝T1-T2
式中，ΔT为SCR内部温度变化量，单位为℃；T1为当前时刻的SCR内部温度，单位为℃；T2为上一时刻的SCR内部温度，单位为℃。
上述技术方案中，所述步骤1)中，SCR空速由如下公式计算而得：
S空＝Q排/V
Q排＝M排/ρ
M排＝M燃+M进
式中，S空为SCR空速，单位为s-1；Q排为排气体积流量，单位为m3/s；V为SCR体积，单位为m3；M排为排气质量流量，单位为 kg/s；ρ为排气密度，kg/m3；M燃为燃油质量流量，单位为kg/s；M进为进气质量流量，单位为kg/s。
上述技术方案中，所述步骤2)中，目标储氨量B由如下公式计算而得：
B＝A*K1
式中，B为目标储氨量，单位为g；A为初始目标储氨量，单位为g；K1为修正系数。
上述技术方案中，所述步骤3)中，实际储氨量mnh3由如下方法计算而得：
mnh3＝m’nh3+(m’urea*0.325/Murea*2-(n1-n2)*10-6*M排*1000/M)*Δy*Mnh3
式中，mnh3为实际储氨量，单位为g；m’nh3为上一时刻的实际储氨量，单位为g；m’urea为上一时刻的尿素喷射量，单位为g/s；Murea为尿素的摩尔质量，单位为g/mol；n1为第一NOx体积浓度，单位为ppm；n2为第二NOx体积浓度，单位为ppm；M排为排气质量流量，单位为kg/s；M为排气摩尔质量，单位为g/mol；Δy为控制器的计算周期，Δy的取值为0.1～10s；Mnh3为NH3的摩尔质量，单位为 g/mol。
上述技术方案中，所述步骤4)中，尿素喷射量murea由如下公式计算而得：
murea＝(B-mnh3)/Mnh3/2*Murea/0.325/Δy
式中，murea为尿素喷射量，单位为g/s；B为目标储氨量，单位为g；mnh3为实际储氨量，单位为g；Mnh3为NH3的摩尔质量，单位为g/mol；Murea为尿素的摩尔质量，单位为g/mol；Δy为控制器的计算周期，Δy的取值为0.1～10s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
其一，本发明SCR储氨模型的修正系统设计有温度传感器和 NOX传感器，通过温度传感器测量可以获得SCR内部温度，通过NOx 传感器测量可以获得SCR前NOx的体积浓度和SCR后的体积浓度，从而可以获得SCR内部温度、SCR内部温度变化量以及SCR空速。
其二，本发明的修正方法可以计算出当前时刻的目标储氨量和实际储氨量，根据SCR内部温度变化量和SCR空速查控制map得到修正系数，从而修正目标储氨量，根据实际储氨量和目标储氨量的偏差计算尿素喷射量，实现高的NOx转化效率和低的NH3泄露。
其三，本发明的方法能够根据SCR内部温度变化来修正SCR的目标储氨量，能够对实时过程准确地进行储氨量修正，从而使得尿素喷射量更准确。
附图说明
图1为本实施例的SCR储氨模型的修正系统的结构示意图；
图中：1-DOC催化器、2-SCR催化器、3-尿素罐、4-控制器、5- 尿素喷嘴、6-尿素泵、7-温度传感器、7.1-第一温度传感器、7.2-第二温度传感器、8-NOX传感器、8.1-第一NOX传感器、8.2-第二NOX传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示的一种SCR储氨模型的修正系统，包括DOC催化器 1、SCR催化器2、尿素罐3以及控制器4，DOC催化器为氧化还原催化器，SCR催化器为选择性氧化还原催化器。所述DOC催化器1 的出口端与SCR催化器2的入口端连接，所述DOC催化器1与SCR 催化器2的连接处设置有尿素喷嘴5，所述尿素罐3通过尿素泵6与尿素喷嘴5连接；所述SCR催化器2上设置有温度传感器7和NOX传感器8，所述温度传感器7和NOX传感器8的数据输出端与控制器 4的数据输入端连接，所述控制器4的控制信号输出端与尿素泵6的控制信号输入端连接。所述温度传感器7包括第一温度传感器7.1和第二温度传感器7.2，所述第一温度传感器7.1设置在SCR催化器2 的入口端，所述第二温度传感器7.2设置在SCR催化器2的出口端。所述NOX传感器8包括第一NOX传感器8.1和第二NOX传感器8.2，所述第一NOX传感器8.1设置在SCR催化器2的入口端，所述第二 NOX传感器8.2设置在SCR催化器2的出口端。
本发明还提供一种利用上述的SCR储氨模型的修正系统进行修正的方法，包括如下步骤：
1)计算SCR内部温度、SCR内部温度变化量以及SCR空速，其中，SCR内部温度为温度传感器7监测的温度平均值，本实施例中设置有第一温度传感器7.1和第二温度传感器7.2，即SCR内部温度为第一温度传感器7.1和第二温度传感器7.2监测温度的平均值。SCR 内部温度变化量由如下公式计算而得：
ΔT＝T1-T2
式中，ΔT为SCR内部温度变化量，单位为℃；T1为当前时刻的 SCR内部温度，单位为℃；T2为上一时刻的SCR内部温度，单位为℃。本实施例中，当前时刻t1的SCR内部温度为T1，单位为℃；上一时刻t2的SCR内部温度为T2，单位为℃；Δt＝t1-t2，Δt为时间间隔，取值为0.1s～10s。
SCR空速由如下公式计算而得：
S空＝Q排/V
Q排＝M排/ρ
M排＝M燃+M进
式中，S空为SCR空速，单位为s-1；Q排为排气体积流量，单位为m3/s；V为SCR体积，单位为m3；M排为排气质量流量，单位为 kg/s；ρ为排气密度，kg/m3；M燃为燃油质量流量，单位为kg/s；M进为进气质量流量，单位为kg/s。根据SCR内部温度和SCR空速查控制map得到初始目标储氨量A，根据SCR内部温度变化量和SCR空速查控制map得到修正系数K1；
2)根据初始目标储氨量A和修正系数K1，计算得到目标储氨量B，目标储氨量B由如下公式计算而得：
B＝A*K1
式中，B为目标储氨量，单位为g；A为初始目标储氨量，单位为g；K1为修正系数；
3)根据第一NOX传感器8.1监测的第一NOx体积浓度、第二 NOX传感器8.2监测的第二NOx体积浓度、上一时刻的实际储氨量、上一时刻的尿素喷射量以及排气质量流量计算实际储氨量mnh3；
实际储氨量mnh3由如下方法计算而得：
mnh3＝m’nh3+(m’urea*0.325/Murea*2-(n1-n2)*10-6*M排*1000/M)*Δy*Mnh3
式中，mnh3为实际储氨量，单位为g；m’nh3为上一时刻的实际储氨量，单位为g；m’urea为上一时刻的尿素喷射量，单位为g/s；Murea为尿素的摩尔质量，单位为g/mol；n1为第一NOx体积浓度，单位为ppm；n2为第二NOx体积浓度，单位为ppm；M排为排气质量流量，单位为kg/s；M为排气摩尔质量，单位为g/mol；Δy为控制器的计算周期，Δy的取值为0.1～10s；Mnh3为NH3的摩尔质量，单位为 g/mol。
4)根据实际储氨量mnh3和目标储氨量B，计算得到尿素喷射量 murea，尿素喷射量murea由如下公式计算而得：
murea＝(B-mnh3)/Mnh3/2*Murea/0.325/Δy
式中，murea为尿素喷射量，单位为g/s；B为目标储氨量，单位为g；mnh3为实际储氨量，单位为g；Mnh3为NH3的摩尔质量，单位为g/mol；Murea为尿素的摩尔质量，单位为g/mol；Δy为控制器的计算周期，Δy的取值为0.1～10s。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的为现有技术，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。

Claims (2)

1.一种利用SCR储氨模型的修正系统进行修正的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)计算SCR内部温度、SCR内部温度变化量以及SCR空速，根据SCR内部温度和SCR空速查控制map得到初始目标储氨量A，根据SCR内部温度变化量和SCR空速查控制map得到修正系数K1；
2)根据初始目标储氨量A和修正系数K1，计算得到目标储氨量B；
3)根据第一NOX传感器(8.1)监测的第一NOx体积浓度、第二NOX传感器(8.2)监测的第二NOx体积浓度、上一时刻的实际储氨量、上一时刻的尿素喷射量以及排气质量流量计算实际储氨量mnh3；
4)根据实际储氨量mnh3和目标储氨量B，计算得到尿素喷射量murea；
所述步骤1)中，SCR内部温度变化量由如下公式计算而得：
ΔT＝T1-T2
式中，ΔT为SCR内部温度变化量，单位为℃；T1为当前时刻的SCR内部温度，单位为℃；T2为上一时刻的SCR内部温度，单位为℃；
所述步骤1)中，SCR空速由如下公式计算而得：
S空＝Q排/V
Q排＝M排/ρ
M排＝M燃+M进
式中，S空为SCR空速，单位为s-1；Q排为排气体积流量，单位为m3/s；V为SCR体积，单位为m3；M排为排气质量流量，单位为kg/s；ρ为排气密度，kg/m3；M燃为燃油质量流量，单位为kg/s；M进为进气质量流量，单位为kg/s；
所述步骤2)中，目标储氨量B由如下公式计算而得：
B＝A*K1
式中，B为目标储氨量，单位为g；A为初始目标储氨量，单位为g；K1为修正系数；
所述步骤3)中，实际储氨量mnh3由如下方法计算而得：
mnh3＝m’nh3+(m’urea*0.325/Murea*2-(n1-n2)*10-6*M排*1000/M)*Δy*Mnh3
式中，mnh3为实际储氨量，单位为g；m’nh3为上一时刻的实际储氨量，单位为g；m’urea为上一时刻的尿素喷射量，单位为g/s；Murea为尿素的摩尔质量，单位为g/mol；n1为第一NOx体积浓度，单位为ppm；n2为第二NOx体积浓度，单位为ppm；M排为排气质量流量，单位为kg/s；M为排气摩尔质量，单位为g/mol；Δy为控制器的计算周期，Δy的取值为0.1～10s；Mnh3为NH3的摩尔质量，单位为g/mol；
所述步骤4)中，尿素喷射量murea由如下公式计算而得：
murea＝(B-mnh3)/Mnh3/2*Murea/0.325/Δy
式中，murea为尿素喷射量，单位为g/s；B为目标储氨量，单位为g；mnh3为实际储氨量，单位为g；Mnh3为NH3的摩尔质量，单位为g/mol；Murea为尿素的摩尔质量，单位为g/mol；Δy为控制器的计算周期，Δy的取值为0.1～10s；
所述SCR储氨模型的修正系统，包括DOC催化器(1)、SCR催化器(2)、尿素罐(3)以及控制器(4)，所述DOC催化器(1)的出口端与SCR催化器(2)的入口端连接，所述DOC催化器(1)与SCR催化器(2)的连接处设置有尿素喷嘴(5)，所述尿素罐(3)通过尿素泵(6)与尿素喷嘴(5)连接；所述SCR催化器(2)上设置有温度传感器(7)和NOX传感器(8)，所述温度传感器(7)和NOX传感器(8)的数据输出端与控制器(4)的数据输入端连接，所述控制器(4)的控制信号输出端与尿素泵(6)的控制信号输入端连接；
所述温度传感器(7)包括第一温度传感器(7.1)和第二温度传感器(7.2)，所述第一温度传感器(7.1)设置在SCR催化器(2)的入口端，所述第二温度传感器(7.2)设置在SCR催化器(2)的出口端；
所述NOX传感器(8)包括第一NOX传感器(8.1)和第二NOX传感器(8.2)，所述第一NOX传感器(8.1)设置在SCR催化器(2)的入口端，所述第二NOX传感器(8.2)设置在SCR催化器(2)的出口端。
2.根据权利要求1所述的修正的方法，其特征在于：所述步骤1)中，SCR内部温度为温度传感器(7)监测的温度平均值。
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