CN111794837B - 一种尿素喷射控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尿素喷射控制系统，包括：尿素泵、尿素喷嘴、尿素连接管路、排气温度传感器、氮氧化物传感器、尿素喷射控制器、催化器SCR总成和环境温度传感器，所述尿素泵通过尿素连接管路与尿素箱连通，所述尿素泵通过喷射管连通有喷嘴，所述喷嘴位于催化器SCR总成的前端，所述喷嘴和尿素泵均与尿素喷射控制器电气连接，所述排气温度传感器和氮氧化物传感器均安装于催化器SCR总成上。本发明闭环控制，采用前氮氧传感器、进气流量计信号计算尿素喷射量，后氮氧传感器反馈修正喷射量。同类产品开环控制，采用固定工况对应某一固定喷射量,存在适当的温度、流量修正，喷射量主要由预存在ECU/DCU内的数据决定。

Description

一种尿素喷射控制系统
技术领域
本发明属于重型柴油车尾气排放检测领域，更具体地说，尤其涉及一种尿素喷射控制系统；本发明涉及一种尿素喷射控制方法。
背景技术
目前市场国四、国五排放车辆尿素喷射控制器，开发流程一般为：发动机在测功机上万有特性测试，得出不同工况发动机的氮氧排放值，计算出需要喷射尿素量，稍加修正写入ECU/DCU中固化。其特点是排放氮氧的开环控制、实验室测功机上开发、固定工况固定喷射量。整车上表现为催化器上，只有后端一支氮氧传感器，用于OBD监测，尿素喷射量是由固化在ECU/DCU 内的数据决定。国内市场上几乎所有国四、国五车型均使用该方法，这种开发流程虽然是开环控制，存在量产后发动机个体差异大的问题，但实际大量的市场应用已经证实这种方法可以使氮氧化物达到国五排放水平，因为国四国五排放对氮氧化物要求提高，但未达到严苛的程度，普通的开环控制可以满足国五排放。
对于市场存量的国三车，不可能再将发动机拆下后在实验室测功机上进行排放测定尿素需求量，ECU软件也不兼容这种方法。大多数ECU甚至CAN通讯没有释放车速、转速、扭矩、油量等尿素控制器(DCU)必备的输入量。因此需要设计一款适用的这些车辆的尿素喷射控制系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种尿素喷射控制系统及方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种尿素喷射控制系统，包括：尿素泵、尿素喷嘴、尿素连接管路、排气温度传感器、氮氧化物传感器、尿素喷射控制器、催化器SCR总成和环境温度传感器，所述尿素泵通过尿素连接管路与尿素箱连通，所述尿素泵通过喷射管连通有喷嘴，所述喷嘴位于催化器SCR总成的前端，所述喷嘴和尿素泵均与尿素喷射控制器电气连接，所述排气温度传感器和氮氧化物传感器均安装于催化器SCR总成上，所述环境温度传感器与尿素喷射控制器电气连接。
进一步地，所述本控制系统还设置有用于测量发动机进气量的进气流量计，所述进气流量计与尿素喷射控制器电气连接。
进一步地，所述控制系统还设置有显示器以及输入按键，所述显示器和输入按键均电气连接于尿素喷射控制器，且显示器用于显示手动/自动控制，尿素喷射量，尿素箱液位，两组氧传感器数值，排气温度，环境温度，预设效率，实际效率，报错信息，后氮氧修正系数，所述输入按键用于选择控制以及用于输入控制参数。
进一步地，所述排气温度传感器和氮氧化物传感器均与尿素喷射控制器电气连接。
进一步地，所述氮氧化物传感器设置有两组，且两组所述氧化物传感器分别安装于催化器SCR总成的进气端和排气端。
一种尿素喷射控制系统的手动控制方法为：
1)开机后，通过按键选择开环手动控制；
2)手动控制通过按键实现喷射量0-100％的调节；
3)手动控制需要排气温度＞190℃，否则喷射按键调节无效。
一种尿素喷射控制系统的自动控制方法为：
1)开机后，通过按键选择开环自动控制；
2)自动控制需要通过环境温度传感器检测环境温度，环境温度低于-7℃系统不工作；
3)自动控制需要通过排气温度传感器检测排气温度，当环境温度高于 -7℃且排气温度＞100℃时，激活氮氧传感器工作，保证排气管内无冷凝水，保护传感器探头，同时，激活尿素泵工作，如选用电驱液力尿素泵进入建压蓄压状态，如选用气驱尿素泵进行排空吹扫预注动作，排气温度＜100℃时；
4)自动控制时检测氮氧传感器和尿素泵是否工作正常，如果异常将信息显示在屏幕上；
5)自动控制时且系统一切正常，当排气温度＞190℃时，尿素开始喷射，否则返回待机状态。
进一步地，位于催化器SCR总成排气端的后置氮氧化物传感器用于反馈修正喷射量，修正系数为fac后氮氧，实际转化效率＝(前氮氧传感器-后氮氧传感器)/前氮氧传感器×100％，转化效率只有在尿素喷射时才会开始计算，每 10分钟计算一个滤波后的效率均值；当预设转化效率均值>实际转化效率均值时，修正系数fac后氮氧会0.01/h步长增加，以增加喷射量，初始值为1，最大值为1.2；当预设转化效率均值<实际转化效率均值时，修正系数fac后氮氧会0.01/h步长减小，以减小喷射量，最小值为0.8。
进一步地，所述fac后氮氧参数值可手动重置此修正系数为1，避免长期过量尿素喷射导致的尿素大量结晶。后氮氧传感器对NH3气敏感，如果出现大量尿素结晶，尾气中NOX为0但NH3气浓度很高，会造成后氮氧传感器误识别为 NOX，造成过量喷射的恶性循环。如发现屏幕显示此系数为1.2且后氮氧ppm 一直增加，可切换手动控制模式，设置尿素喷射量为0，如出现后氮氧ppm出现下降，此时可手动重置此系数。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明闭环控制，采用前氮氧传感器、后氮氧传感器、进气流量计信号计算尿素喷射量，喷射量主要由前氮氧传感器值决定，同类产品开环控制，采用固定工况(即某一转速、流量、油耗、扭矩)对应某一固定喷射量,存在适当的温度流量修正，喷射量主要由预存在ECU/DCU内的数据决定；
2、本发明根据后氮氧传感器数值修正喷射量，整车应用上更贴切实际，同类产品后氮氧作用仅用于OBD监测；
3、本发明独立于车辆ECU，同类DCU产品只能接收ECU信号，或者ECU 直接控制尿素喷射，不能适用于早期版本车辆，而且喷射量相对合理，同类黄标车改造方案只能固定喷射量。
附图说明
图1为本发明尿素喷射控制系统的系统框图；
图2为本发明尿素喷射控制系统的控制逻辑流程图。
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，以下结合具体实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了如图1-2的一种尿素喷射控制系统，包括：尿素泵、尿素喷嘴、尿素连接管路、排气温度传感器、氮氧化物传感器、尿素喷射控制器、催化器SCR总成和环境温度传感器，尿素泵通过尿素连接管路与尿素箱连通，尿素泵通过喷射管连通有喷嘴，喷嘴位于催化器SCR总成的前端，喷嘴和尿素泵均与尿素喷射控制器电气连接，排气温度传感器和氮氧化物传感器均安装于催化器SCR总成上，环境温度传感器与尿素喷射控制器电气连接。
其中，本控制系统还设置有用于测量发动机进气量的进气流量计，进气流量计与尿素喷射控制器电气连接。
其中，控制系统还设置有显示器以及输入按键，显示器和输入按键均电气连接于尿素喷射控制器，且显示器用于显示手动/自动控制，尿素喷射量，尿素箱液位，两组氧传感器数值，排气温度，环境温度，预设效率，实际效率，报错信息，后氮氧修正系数，输入按键用于选择控制以及用于输入控制参数。
其中，排气温度传感器和氮氧化物传感器均与尿素喷射控制器电气连接。
其中，氮氧化物传感器设置有两组，且两组氧化物传感器分别安装于催化器SCR总成的进气端和排气端。
其中，本尿素喷射控制系统的手动控制方法为：
1)开机后，通过按键选择开环手动控制；
2)手动控制通过按键实现喷射量0-100％的调节；
3)手动控制需要排气温度＞190℃，否则喷射按键调节无效。
其中，本尿素喷射控制系统的自动控制方法为：
1)开机后，通过按键选择开环自动控制；
2)自动控制需要通过环境温度传感器检测环境温度，环境温度低于-7℃系统不工作；
3)自动控制需要通过排气温度传感器检测排气温度，当排气温度＞ 100℃，激活氮氧传感器工作，保证排气管内无冷凝水，保护传感器探头，同时，激活尿素泵工作，如选用电驱液力尿素泵进入建压蓄压状态，如选用气驱尿素泵进行排空吹扫预注动作；
4)自动控制时检测氮氧传感器和尿素泵是否工作正常，如果异常将信息显示在屏幕上；
5)自动控制时且系统一切正常，当排气温度＞190℃时，尿素开始喷射。
其中，位于催化器SCR总成排气端的后置氮氧化物传感器用于反馈修正喷射量，修正系数为fac后氮氧，实际转化效率＝(前氮氧传感器-后氮氧传感器) /前氮氧传感器×100％，转化效率只有在尿素喷射时才会开始计算，每10分钟计算一个滤波后的效率均值；当预设转化效率均值>实际转化效率均值时，修正系数fac后氮氧会0.01/h步长增加，以增加喷射量，初始值为1，最大值为1.2；当预设转化效率均值<实际转化效率均值时，修正系数fac后氮氧会0.01/h步长减小，以减小喷射量，最小值为0.8。
其中，fac后氮氧参数值可手动重置此修正系数为1，避免长期过量尿素喷射导致的尿素大量结晶。后氮氧传感器对NH3气敏感，如果出现大量尿素结晶，尾气中NOX为0但NH3气浓度很高，会造成后氮氧传感器误识别为NOX，造成过量喷射的恶性循环。如发现屏幕显示此系数为1.2且后氮氧ppm一直增加，可切换手动控制模式，设置尿素喷射量为0，如出现后氮氧ppm出现下降，此时可手动重置此系数。
实施例2
本尿素喷射控制系统的喷射量计算方式具体为：
尿素实际喷射量Q＝尿素预设喷射量Q预×fac后氮氧
尿素预设喷射量Q预＝前氮氧计算喷射量Q1×fac预(预设效率)；
前氮氧计算喷射量Q1[g/s]＝需求氨气量QNH3[g/s]×fac水解(氨气to 尿素)÷0.325(尿素溶液浓度32.5％)；
其中，尿素溶液受热水解为氨气分反应方程式为：
CO(NH2)2+H2O＝CO2+2NH3(＞160℃)。
其中，需要的氨气量与需要的尿素量的对应系数fac水解(氨气to尿素)
＝60[CO(NH2)2g/mol]÷34[NH3 g/mol]＝1.764。
其中，尾气中氮氧化物为NO，NO2，合称为NOx，与氨气反应的方程式为： 4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O；NO+NO2+2NH3＝2N2+3H2O；2NO2+O2+4NH3＝3N2+6H20， NOx排放浓度以NO2计100％完全转化完NO2需要的氨气量QNH3＝尾气中的氮氧化物质量流量Qnox×17[NH3 g/mol]÷46[NO2 g/mol]，需求氨气量QNH3＝0.37* 尾气中的氮氧化物质量流量Qnox。
其中，尾气中的氮氧化物质量流量Qnox＝(进气流量[g/s]+油耗[g/s]) ×46[NO2g/mol]÷29[空气的摩尔质量g/mol]×前氮氧传感器浓度[ppm]，排气流量＝进气流量+油耗，油耗无法测得且占比较小，计算中油耗＝0计算。
根据催化器不同温度下的转化效率不同的特点，预设了一个相对较低的效率。例如200℃时SCR催化器只能转化60％的NOx,如果仍然按100％转化效率喷射尿素会造成尿素结晶，图表如下：
温度/℃ 190 200 220 250 280 300 450
Fac<sub>预</sub> 0.5 0.6 0.7 0.8 0.85 0.95 0.95
综上所述：本发明闭环控制，采用前氮氧传感器、后氮氧传感器、进气流量计信号计算尿素喷射量，喷射量主要由前氮氧传感器值决定，同类产品开环控制，采用固定工况(即某一转速、流量、油耗、扭矩)对应某一固定喷射量,存在适当的温度流量修正，喷射量主要由预存在ECU/DCU内的数据决定；根据后氮氧传感器数值修正喷射量，整车应用上更贴切实际，同类产品后氮氧作用仅用于OBD监测；本发明独立于车辆ECU，同类DCU产品只能接收ECU信号，或者ECU直接控制尿素喷射，不能适用于早期版本车辆，而且本发明喷射量相对合理，同类黄标车改造方案只能固定喷射量。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种尿素喷射控制系统，包括：尿素泵、尿素喷嘴、尿素连接管路、排气温度传感器、氮氧传感器、尿素喷射控制器、催化器SCR总成和环境温度传感器，其特征在于：所述尿素泵通过尿素连接管路与尿素箱连通，所述尿素泵通过喷射管连通有喷嘴，所述喷嘴位于催化器SCR总成的前端，所述喷嘴和尿素泵均与尿素喷射控制器电气连接，所述排气温度传感器和氮氧传感器均安装于催化器SCR总成上，所述环境温度传感器与尿素喷射控制器电气连接；
所述氮氧传感器设置有两组，且两组所述氮氧传感器分别安装于催化器SCR总成的进气端和排气端；
位于催化器SCR总成排气端的后置氮氧传感器用于反馈修正喷射量，修正系数为fac后氮氧，实际转化效率＝(前氮氧传感器-后氮氧传感器)/前氮氧传感器×100％，转化效率只有在尿素喷射时才会开始计算，每10分钟计算一个滤波后的效率均值；当预设转化效率均值>实际转化效率均值时，修正系数fac后氮氧会0.01/h步长增加，以增加喷射量，初始值为1，最大值为1.2；当预设转化效率均值<实际转化效率均值时，修正系数fac后氮氧会0.01/h步长减小，以减小喷射量，最小值为0.8，fac后氮氧系数会最终乘以喷射量对喷射量进行修正，断电时系数存储。
2.根据权利要求1所述的一种尿素喷射控制系统，其特征在于：所述控制系统还设置有用于测量发动机进气量的进气流量计，所述进气流量计与尿素喷射控制器电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种尿素喷射控制系统，其特征在于：所述控制系统还设置有显示器以及输入按键，所述显示器和输入按键均电气连接于尿素喷射控制器，且显示器用于显示手动/自动控制，尿素喷射量，尿素箱液位，两组氮氧传感器数值，排气温度，环境温度，预设效率，实际效率，报错信息，后氮氧修正系数，所述输入按键用于选择控制以及用于输入控制参数。
4.根据权利要求2所述的一种尿素喷射控制系统，其特征在于：所述排气温度传感器和氮氧传感器均与尿素喷射控制器电气连接。
5.根据权利要求1所述的一种尿素喷射控制系统，其特征在于：所述fac后氮氧参数值可手动重置此修正系数为1，避免长期过量尿素喷射导致的尿素大量结晶,后氮氧传感器对NH3气敏感，如果出现大量尿素结晶，尾气中NOX为0但NH3气浓度很高，会造成后氮氧传感器误识别为NOX，造成过量喷射的恶性循环,如发现屏幕显示此系数为1.2且后氮氧ppm一直增加，可切换手动控制模式，设置尿素喷射量为0，如出现后氮氧ppm出现下降，此时可手动重置此系数。
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