CN112879128B - 一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，利用柴油机自身已有的技术，使得发动机燃烧达到最佳状态，此时NOx排放量趋向最大值、值最大，提升燃油经济性，使燃料完全燃烧为二氧化碳(CO2)，一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM/PN)的排放基本接近零排。再通过SCR催化剂组合优化，将单一SCR催化剂的高效催化温度区间扩展覆盖整个发动机排温区间；标定发动机转速和扭矩下不同氮氧化物的排放，匹配氨喷射占空比，将其写入控制器；在整个发动机运行工况下的排温区间内使得SCR催化效率高达99.5％，以此实现了柴油机节能减排。

Description

一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法
技术领域
本发明属于柴油机及其尾气排放技术领域，采用带有ALA-HSCR高效液氨选择性催化还原系统，更具体涉及一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，它适用于提高柴油机燃油经济性、并促使柴油机超低污染的物排放。
背景技术
柴油机的排放污染物主要有：HC、CO、NOx、PM/PN。柴油机采用压燃，其“空燃比”较大，燃烧比较完全，在HC和CO排放方面比同排量的汽油机低许多；依据卡诺循环效率，热机的热效率的提升源于提升高温热源的温度，以及降低低温热源的温度。内燃机体系中效率的提升绝大部分源于燃料的完全烧燃。燃料的富氧形完全燃烧，将使含碳化合物转变为二氧化碳，含氢化合物变为水。因而在燃料完全燃烧时，一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM/PN)的排放理论上基本为零。柴油机燃烧室燃烧温度高，柴油在富氧条件下完全燃烧产生的PM/PN量少，但空气中的氮在高温、富氧的燃烧条件会转化为大量的氮氧化物(NOx)。
因此柴油机最难解决的排放污染物：细小颗粒物(particle matter,PM)/(particle number,PN)与NOx，他们彼此是一对矛盾体，存在此降彼涨的规律。
柴油机机内燃料充分燃烧时，原机NOx排放可达9-12g/kWh，此时发动机动力性和经济性是最佳状态，PM/PN排放量极低。
然而富氧高温的燃烧环境，将使得氮氧化物的生成量急剧升高(N2+O2＝2NO)。目前采用32.5％尿素-SCR系统(BASF AdBlue)，即使用32.5％的尿素溶液作为储氨物质，利用发动机尾气热，将其热解释放氨，之后将尿素热解释放的氨用于选择性催化还原汽车尾气中的氮氧化物。尿素热解释放氨分为以下三步，193℃发生尿素水溶液的脱水反应；250℃会尿素分解产生一个氨和异氰酸；400℃异氰酸与水反应产生第二个氨和二氧化碳。当温度处于150-160℃时，尿素易发生副反应生成缩二脲，缩二脲易结晶堵塞喷嘴；尿素水溶液的冰点为-11℃，在低温情况下难以直接使用。由此可见尿素热解产氨速率难以把控、产氨量难以控制。导致利用尿素作为车用SCR还原剂时，从尿素分解速率和经济性上考虑其难以超过9g/kWh NOx的排放速率，因此目前柴油发动机采用废气再循(exhaust gasrecirculation,EGR)或缸内组织燃烧等技术路线，即利用废气对新鲜混合气的稀释作用，降低了氧的浓度或利用推迟点火等技术控制燃烧，使柴油的燃烧温度、氧浓度等降低以降低氮氧化物的生成，将原机氮氧排放从原始9-12g/kWh调整到5-7g/kWh，此时柴油机的动力性和经济性是非最佳状态；PM/PN的排放也将相应增加，其将导致DOC+DPF的再生次数增加。
严格的国六排放法规的颁布，对氮氧化物的后处理要求更高，早期国五限值为2g/kWh(180mg/km)，而国6a阶段限值为0.46g/kWh(60mg/km)，国6b阶段限值为35mg/km。更为严格的氮氧化物的排放标准致使需要精确的氨释放，尿素因释放氨速率与尾气排温并非是一一对应的关系，利用尿素分解产氨来匹配氮氧化物将导致尿素使用量增加。因此需更加精准的喷射控制，但就目前现状来看，尿素的过喷导致的氨逃逸时有发生，需加装氨氧化催化剂(AOC)对过喷尿素释放的氨进行处理，以防止逃逸氨造成的二次污染。另一方面，更为严格的国六检测采用WHSC标准，相比于国五ESC检测而言，其更注重废气排气温度偏低时，氮氧化物的处理能力。然而尿素在低温方面难以分解，且尿素低温易结晶，导致该系统一直存在喷嘴堵塞影响使用等问题，难以长期高效使用。
检测限值的提升，检测标准向低温SCR偏移，将导致尿素在低成本下难以适用于国六及其以上的排放标准。
因而现阶段国六柴油机的基本技术路线如下：
柴油机机内通过EGR或采取组织优化燃烧技术等机内技术降低柴油燃烧温度或进气氧含量，以此降低氮氧化物的排放。通过机外技术：采用柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(DOC+DPF)对柴油非完全燃烧生成的PM/PN进行处理，采用32.5％尿素-SCR系统(BASFAdBlue)对氮氧化物进行处理，最后采用AOC(逃逸氨氧化还原催化)对尿素喷射过量转化的氨进行处理，以此达到国六的排放标准。
其总技术路线为，EGR/组织优化燃烧技术+DOC+DPF+32.5％尿素-SCR系统+AOC。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，可有效的提升发动机高效燃油经济性，同时实现柴油机超低的排放。其整体结构简单，使用方便，价格便宜，解决目前国六柴油发动机系统复杂、燃油经济性相对较低；尾气后处理系统复杂、价格昂贵、耐久性差、维修成本高、尿素-SCR系统尿素结晶、低温启动严重不足等诸多问题。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01.使发动机维持在尾气中PM不大于10mg/kWh，PN不大于3x1013#/kWh的工作状态，并使发动机在不同的转速ri下调整扭矩
Figure GDA0003263566050000043
利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量对废气中氮氧化物的浓度n进行测量，基于氮氧化物的排放量QNOx和对应的转速、扭矩建立氮氧化物排放map图，氮氧化物的排放量QNOx＝nV；
S02.将多个温度传感器等距布置在尾气管上，采集发动机在步骤S01的所有工况下的尾气管排气温度map图；
S03.根据步骤S01得到的氮氧化物的排放量QNOx计算氨喷射量QNH3，QNH3＝(1.5～1.8)QNOx，标定PWM电控喷嘴在设定频率下，占空比与实际喷氨量的线形关系图，并为根据步骤S01得到的氮氧化物排放map图中的转速和扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000041
)选取对应的占空比
Figure GDA0003263566050000042
更新氮氧化物排放map图，使
Figure GDA0003263566050000051
S04.根据步骤S02得到的尾气管排气温度map图，在所述尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置复合型SCR催化剂，复合型SCR催化剂包括：钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂、铁基SCR催化剂、锰基SCR催化剂、锰基镧系SCR催化剂中的任一一种或多种的组合，并根据步骤S01的氮氧化物排放map图中的各段温度区间下的氮氧化物的排放量设置所述复合催化剂的用量；
S05.在安装所述发动机的车辆上安装PWM电控喷嘴、液氨气瓶、控制器、氨管道，在该尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置所述复合SCR催化剂，PWM电控喷嘴通过氨管道连通液氨气瓶，PWM电控喷嘴信号连接控制器，控制器还信号连接所述发动机的ECU，在所述控制器内存储步骤S02更新后的氮氧化物排放map图，使所述车辆的控制器根据EUC采集的转速、扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000052
)在所述氮氧化物排放map图中调取
Figure GDA0003263566050000053
并控制所述PWM电控喷嘴喷氨。
进一步地，基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法包括步骤S01～S04，所述步骤S03中QNH3＝(1.5～1.6)QNOx，还包括以下步骤：
S05.在所述尾气管排气温度始终为100～500℃的区域之前的管段安装所述PWM电控喷嘴，PWM电控喷嘴通过氨管道连通液氨气瓶，PWM电控喷嘴信号连接控制器，控制器还信号连接所述发动机的ECU，在所述控制器内存储步骤S03更新后的氮氧化物排放map图；
S06.重复步骤S01利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量经过所述复合SCR催化剂后的废气中氮氧化物的浓度Δn进行测量，得到基于
Figure GDA0003263566050000061
与对应的转速、扭矩建立氮氧化物补偿排放map图，p为CLD-氮氧测试仪的测量误差；
S07.为步骤S06得到的氮氧化物补偿排放map图中的转速和扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000062
)选取与
Figure GDA0003263566050000063
对应的正补偿占空比
Figure GDA0003263566050000064
△σ为占空比调节精度，更新步骤S03的氮氧化物排放map图，使
Figure GDA0003263566050000065
S08.在安装所述发动机的车辆上安装所述PWM电控喷嘴、液氨气瓶、控制器、氨管道，在该尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置所述复合SCR催化剂，在所述控制器内存储步骤S07更新后的氮氧化物排放map图，使所述车辆的控制器根据ECU采集的转速、扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000066
)在所述氮氧化物排放map图中查询
Figure GDA0003263566050000067
并控制所述PWM电控喷嘴喷氨。
优选地，所述ECU信号连接EGR阀调节所述发动机的工作状态，所述发动机维持在尾气中PM不大于10mg/kWh，PN不大于2x1013#/kWh的工作状态时，所述EGR开度为0％～20％。
优选地，所述EGR开度为0％。
进一步地，所述复合型SCR催化剂包括：
钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂，
或钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂与铁基SCR催化剂、锰基SCR催化剂、锰基镧系SCR催化剂中任一一种或两种以上的组合。
本发明的技术效果：
本方法能精确控制喷氨量，将任意时刻、任意量的氮氧化物催化转化，其转化率高达99.5％以上，其具有结构简单，耐用性高，使用寿命长，用户使用成本低等优势。
因此能利用柴油机自身已有的技术，使得发动机燃烧达到最佳状态，NOx生成最佳状态，因而燃油经济性提升到最高，将燃料完全燃烧为二氧化碳，一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM/PN)的排放基本接近零排。因高温富氧燃烧产生大量氮氧化物通过高效液氨选择性催化还原系统(ALA-HSCR)99.5％转化为氮气，从而达到柴油机尾气的超低排放。
本发明的技术构思如下：
1、利用柴油机自身已有的技术，使得发动机燃烧达到最佳状态，NOx生成最佳状态，因而燃油经济性提升到最高，将燃料完全燃烧为二氧化碳，一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM/PN)的排放基本接近零排。
2、通过SCR催化剂组合优化，将单一SCR催化剂的高效催化温度区间扩展覆盖整个发动机排温区间。不论是高温富氧燃烧产生大量氮氧化物，还是低温启动排放的氮氧化物，通过SCR催化剂组合优化，在整个发动机的排温区间使得SCR催化效率高达99.5％，从而使得柴油机尾气的达到超低排放。
选择性催化还原(SCR)技术的实质为NH3+NOx＝N2+H2O。
直接利用储存在液氨气瓶中的氨，构建ALA-HSCR(高效液氨选择性催化还原)系统，其完全能够处理发动机达到最佳燃烧效率时排放的NOx,使用现有技术允许柴油发动机在许用爆压条件正常工作条件下，发挥最佳燃烧过程，允许发动机达到最佳燃烧效率，产生NOx排放量为9-12g/kWh的工况，之后利用储存在液氨气瓶中的氨，将其以以氨气的形式释放，以此对柴油机排放的氮氧化物进行处理。即利用可控的氨(液氨或氨气)喷射对处于最佳燃烧效率的发动机进行尾气处理。
因而可将目前EGR等控制燃烧技术摒弃掉，使用现有技术允许柴油发动机在许用爆压条件正常工作条件下，发挥最佳燃烧过程，发动机的热效率将上升到45％左右，发动机燃油经济性提升5％左右；因发动机达到最佳燃烧效率，碳的不完全燃烧产物PM/PN将下降，从而减少DPF/DOC的再生次数，以及可相应降低DPF/DOC的用量；或因柴油燃烧完全，PM/PN排放接近零排无需DPF/DOC；利用ALA-HSCR(高效液氨选择性催化还原)系统替代目前的尿素-SCR系统；因氨喷氨高度可控，可完全匹配柴油机任意工况氮氧化物的排放，因而可将处理尿素过喷，产生的逃逸氨的AOC系统摒弃掉。
整个柴油机尾气后处理系统从现有的，EGR/组织优化燃烧技术+DOC+DPF+32.5％尿素-SCR系统+AOC，优化为，DOC+DPF+ALA-HSCR系统，即最终仅为以氨气作为SCR还原剂的后处理体系。
液氨在室温下饱和蒸气压为8.7bar，即便在-30℃的低温，其饱和蒸气压为1.2bar(20℃汽油的饱和蒸气压60kPa＝0.60bar)，其使用温度范围广，完全覆盖-40℃～50℃下的使用环境，不存在尿素在-11℃下结晶堵塞喷嘴的问题；其可直接释放液氨或氨气，不存在尿素需要热解释放氨的问题。
本发明能将目前现有的国六总技术路线EGR+DOC+DPF+SCR+AOC简化为DOC+DPF+高效液氨选择性催化还原(ALA-HSCR)，或单一的技术路线即高效液氨选择性催化还原(ALA-HSCR)。其可以剔除EGR、AOC等复杂的控制-催化系统，相应降低DOC、DPF的贵金属用量，提升DPF/DOC的再生次数。为发动机制造商节约复杂技术路线设计、开发、验证等成本，为顾客节约了购买多种昂贵催化剂的成本；为顾客带来了高效的燃油经济性的车辆；为顾客节约后期高额的维护成本；为国家节约了资源。该方法简单、有效、稳定性高、价格便宜。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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发明的一些实施例，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它附图。图1是本发明采用EGR技术标定发动机时，EGR与NOx、油耗的关系图；
图2是本发明采用EGR技术标定发动机时，EGR与NOx、PM的关系图；
图3是本发明采用EGR技术标定发动机时，EGR与PN、PM的关系图；
图4是利用尿素Ad-Blue系统处理实施例中发动机氮氧化物的排放图；
图5是利用液氨ALA-HSCR系统处理实施例中发动机氮氧化物的排放图；
图6是本发明的液氨喷嘴的氨喷射量与占空比的关系图；
图7是使用本发明的方法的发动机的喷氨系统结构示意图；
图8是钒基-SCR催化剂在低温下改变氨喷射占空比时的催化脱硝效果图；
图9是本发明使用的不同复合型SCR催化剂在不同温度下的催化效率图；
图10是本发明使用的另几种不同复合型SCR催化剂在不同温度下的催化效率图。
100-发动机本体200-涡轮机101-进气管路102-尾气管路103-EGR管路104-EGR阀300-空气进气系统301-空滤器302-压缩机303-中冷器400-发动机后处理系统401-DOC氧化催化器402-DPF微粒过滤器403-SCR催化转化器404-消音器
具体实施方式
面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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：
一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，其步骤是：
1.标定发动机最佳燃烧状态下的ERG:目前为了控制氮氧化物的排放，主流采用两种技术方案来控制柴油机的燃烧：a、EGR，b、康明斯非EGR。以下以EGR技术进行说明。
选用涡轮增压，6缸，压缩比17.0,12.54L的发动机安装在试验台上；调节EGR阀门，使得EGR处于0％，10％，15％，20％，25％，30％，40％，42％。45％，52％。利用电涡流测功机对发动机的转速、扭矩等参数进行测试，利用油耗仪对发动机的油耗进行记录，利用流量计对空气进气量进行测试，利用CLD-氮氧测试仪对尾气排放的NOx的浓度进行测试，利用连续颗粒物分析仪，对PM/PN的量进行测试。
在无EGR时，即采用EGR＝0％时，NOx为10.1g/kWh，油耗为194g/kWh，PN为8x1012#/kWh，PM为0.005g/kWh；
采用10％的EGR，NOx为9.6g/kWh，油耗为193g/kWh，PN为1x1013#/kWh，PM为0.008g/kWh；
采用15％的EGR，NOx为8.9g/kWh，油耗为192g/kWh，PN为3x1013#/kWh，PM为0.01g/kWh；
采用20％的EGR，NOx为6.7g/kWh，油耗为193g/kWh，PN为3.5x1013#/kWh，PM为0.012g/kWh；
采用25％的EGR，NOx为5.5g/kWh，油耗为200g/kWh，PN为4.5x1013#/kWh，PM为0.014g/kWh；
采用30％的EGR，NOx为4.8g/kWh，油耗为205g/kWh，PN为5x1013#/kWh，PM为0.016g/kWh；
采用35％的EGR，NOx为3.7g/kWh，油耗为210g/kWh，PN为6x1013#/kWh，PM为0.018g/kWh；
采用40％的EGR，NOx为2.5g/kWh，油耗为230g/kWh，PN为7x1013#/kWh，PM为0.02g/kWh；
采用42％的EGR，NOx为0.9g/kWh，油耗为235g/kWh，PN为9x1013#/kWh，PM为0.03g/kWh；
采用45％的EGR，NOx为0.8g/kWh，油耗为237g/kWh，PN为7.5x1013#/kWh，PM为0.02g/kWh；
采用52％的EGR，NOx为0.5g/kWh，油耗为240g/kWh，PN为4.0x1013#/kWh，PM为0.01g/kWh；
其具体结果如附图1、2、3所示。
结论：对于EGR系统，NOx随EGR的升高而逐步降低；油耗随EGR的升高先保持平稳，然后逐渐升高。而PN/PM基本上是随着EGR的升高而升高，其在EGR＝42％处出现一个最大值拐点。
即降低EGR的使用率会使得PN\PM的排放降低，从而提升DOC\DPF的可循环次数，可相应降低DPF/DOC的用量；降低EGR的使用率，会使得NO的排放相应的升高。
2.标定EGR开度为0％时的氮氧化物的排放量QNOx：
S01.在EGR开度为0％时，台架试验台上的发动机在不同的转速ri下调整扭矩
Figure GDA0003263566050000122
利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量对废气中氮氧化物的浓度n进行测量，基于氮氧化物的排放量QNOx和对应的转速、扭矩建立氮氧化物排放map图，如图5和图6中的原排。氮氧化物的排放量QNOx＝nV，排放量QNOx和转速、扭矩对应关系为：
Figure GDA0003263566050000121
S02.将多个温度传感器等距布置在尾气管上，采集发动机在步骤S01的所有工况下的尾气管排气温度map图；
3.标定氮氧化物的排放量对应的喷氨量：
S03.根据步骤S01得到的氮氧化物的排放量QNOx计算氨喷射量QNH3，QNH3＝(1.5～1.8)QNOx，标定PWM电控喷嘴在设定频率下，占空比与实际喷氨量的线形关系图，PWM喷嘴在频率设定的情况下，
喷氨量(L/min)＝占空比×0.18657-0.00762
占空比与喷氨量成正比关系，如图6。本步骤中QNH3＝(1.5～1.8)QNOx是考虑到SCR催化反应的实质过程为氨气吸附在催化剂上，废气中的氮氧化物与吸附态的氨气在催化剂上发生反应，反应产物氮气与水在催化剂表面生成，并脱附；在此过程中氨气在催化剂表面的吸脱附是一个动态的过程，并非等物质的量的非吸附态氨气就正好能使废气中等物质的量的氮氧化物被转化，因此喷氨量略大于理论值，能在SCR催化剂中动态形成足够的吸附态氨气；
因此可根据步骤S01得到的氮氧化物排放map图中的转速和扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000131
)选取对应的占空比
Figure GDA0003263566050000132
更新氮氧化物排放map图，使
Figure GDA0003263566050000133
4.液氨喷射实现超低排放初试：
如图7，为台架试验台上的发动机配备液氨喷射系统，采用ALA-HSCR(高效液氨选择性催化还原)系统，其主要包括盛有液氨的液氨气瓶5、氨管道501、PWM电控喷嘴502、控制器6。氨管道501连通液氨气瓶5和尾气管102，氨管道501上设置PWM电控喷嘴502，PWM电控喷嘴502信号连接控制器6，控制器6还信号连接发动机100的ECU105，ECU105信号连接EGR阀104，在EGR104开度为0％时，发动机在不同的转速ri下调整扭矩
Figure GDA0003263566050000141
利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量对废气中氮氧化物的浓度n进行测量，基于氮氧化物的排放量QNOx和对应的转速、扭矩建立氮氧化物排放map图，氮氧化物的排放量QNOx＝nV；
控制器6采集发动机转速ri、扭矩
Figure GDA0003263566050000142
执行存储于控制器6内的步骤S03得到的Map图查询程序，查询当前发动机工况对应的氮氧化物的排放量QNox对应的占空比
Figure GDA0003263566050000143
控制器6向PWM电控喷嘴502发送该占空比
Figure GDA0003263566050000144
进行喷氨。
当转速为600转/min，扭矩250Nm，此时尾气管道排温为230℃，如图8，当占空比＝7时，氮氧化物的原排浓度从1130ppm下降到250ppm，当占空比＝10时，有些许下降，但为下降至零。其主要原因是钒系列的催化剂在230℃时，催化效率为87％。当喷氨量，从占空比＝7上升到占空比＝10时，因此时催化剂是过量的，氨的饱和吸附量增多导致氮氧化物的浓度稍有下降。
5.合理布置催化剂
各种不同类型的SCR催化剂：钒基SCR催化剂，铁基SCR催化剂，铜基SCR催化剂，锰基SCR催化剂、锰基镧系SCR催化剂，温度催化区间如图9和图10所示，钒基SCR催化剂催化效率最高的温度区间为270-400℃，铁基SCR催化剂催化效率最高的温度区间为450～500℃，铜基SCR催化剂催化效率最高的温度区间为200～270℃，锰基镧系SCR催化剂催化效率最高的温度区间为100～200℃。
S04.根据步骤S02得到的尾气管排气温度map图，在尾气管102排气温度始终为100～500℃的区域布置复合型SCR催化剂，复合型SCR催化剂优选：钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂，或钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂、铁基SCR催化剂，或钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂、锰基镧系SCR催化剂的组合，并根据步骤S01的氮氧化物排放map图中的各段温度区间下的氮氧化物的排放量设置所述复合催化剂的用量；
6.再次试验
将上述的三种复合SCR催化剂作为平行试验，布置在尾气管102排气温度始终为100～500℃的区域，重复4.液氨喷射实现超低排放初试：
在指定工况下，例如转速1320转/min，扭矩700Nm，此时尾气管102排温为400℃，控制器调节PWM电控喷嘴的占空比＝40时，进行喷氨，尾气管102排出的氮氧化物的原排浓度从1050ppm下降到0ppm。
利用氨作为SCR还原剂时，如图5，在低转速、低扭矩时，当当步骤S03标定时QNH3＝1.5QNox，其氮氧化物的浓度可以降低至100ppm以下，略微有些氮氧化物排出，这主要是步骤S03中标定的氨喷射量QNH3＝1.5QNox时，是略微不足的，以防止喷氨过多，氨逃逸或喷氨过多导致对后续工况标定的影响。使用符合型SCR催化剂组合，发动机整个运行区间，不论是排气高温区还是排气低温区，氮氧化物的处理量都高达99.5％。
对比例1
在控制器检测到EGR＝0％的情况时，利用现有尿素Ad-Blue对全工况进行氮氧化物的处理，尿素系统采用现有商业化的博世2.2尿素系统,尿素喷嘴选用博世2.2。
由附图4可知在相同的原排下，利用尿素作为SCR还原剂时，在低转速、低扭矩的情况下，氮氧化物大的浓度难以降低到200ppm以下，其主要原因在于即便使用符合型SCR催化剂组合，但是因尿素释放氨需要热量，在低转速、低扭矩下，难以满足尿素热解释放氨的条件。另外比较附图4、图5可以看出利用实施例1的液氨ALA-HSCR体系作为SCR还原剂，原机排放降低的效率明显高于尿素Ad-Blue体系。
通过比较高转速，高扭矩下的数据，例如扭矩1000Nm，转速840转/min，原始氮氧化物排放浓度为950ppm，尿素系统处理氮氧化合物降到100ppm，而液氨处理氮氧化物可以降到10ppm。由此可知利用尿素热解释放的氨无法处理大排量下排放的大量氮氧化物。而利用液氨释放的氨可以处理大量的氮氧化物。当扭矩250Nm，转速840转/min，原始氮氧化物排放浓度为750ppm，尿素系统处理氮氧化合物降到200ppm，而液氨处理氮氧化物浓度可以降到10ppm，由此可知液氨在低工况，低温条件下因直接释放氨无需热解，其相对于尿素而言具有催化转化率高的优势。
实施例2
实施例1的方法进行喷氨量标定和控制只适用于稳定工况，当发动机处于加速或减速动态变化时，排放的氮氧化物急剧变化。原则上需要喷氨量及时随之响应。实施例1中当步骤S03标定时QNH3＝(1.6～1.7)QNox，在稳定工况下，尾气管排出的尾气几乎没有氮氧化物，但发动机减速时，发生氨逃逸现象，当步骤S03标定时QNH3＝1.8QNox，在稳定工况下，尾气管排出的尾气也有氨逃逸发生。
一般情况下，可通过设定PID算法来控制调节因氮氧化物变化而需喷氨量的变化，即根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制PWM喷嘴喷氨。然而PID的核心---闭环控制，需要测量出实际与计划发生偏差。但车用氮氧传感器因响应时间受氧离子扩散极限的限值，一般而言响应速度＞30s,其难以匹配发动机加速或减速快速动态响应时间(＜10s)。且利用电控系统进行精确快速的PID闭环时，PWM喷嘴(电磁阀的响应时间滞后)还存在响应延迟的问题，而汽车加速或则减速时，氮氧化物会极具变化，而且目前尚无氨传感器，无法标定氨喷射的过剩量。
因此实施例1的方法与现有PID算法及车用氮氧传感器结合不能实现发动机动态氮氧化物处理及产生逃逸氨。
本实施例的基于利用喷氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，包括实施例1的步骤S01～S04，所述步骤S03中QNH3＝(1.5～1.6)QNOx，在步骤S04后还包括步骤：
S05.在尾气管102排气温度始终为100～500℃的区域之前的管段安装PWM电控喷嘴502，PWM电控喷嘴502通过氨管道501连通液氨气瓶5，PWM电控喷嘴502信号连接控制器6，控制器6还信号连接试验台上的发动机100的ECU105，ECU信号连接EGR阀104，在控制器6内存储步骤S03更新后的氮氧化物排放map图；
S06.重复步骤S01利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量经过所述复合SCR催化剂后的废气中氮氧化物的浓度Δn进行测量，由于Δn极小，ΔnV受传感器的测量误差影响较大，基于ΔnV调节氨喷射量不准确，因此基于
Figure GDA0003263566050000181
与对应的转速、扭矩建立氮氧化物补偿排放map图,p为CLD-氮氧测试仪的测量误差，p＝0.5ppm，CLD-氮氧测试仪的响应时间＜0.5s，满足本实施例的标定要求；
S07.根据步骤S06得到的
Figure GDA0003263566050000182
为步骤S06得到的氮氧化物补偿排放map图中的转速和扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000183
)选取与
Figure GDA0003263566050000184
对应的正补偿占空比
Figure GDA0003263566050000185
△σ为占空比调节精度，本实施例中△σ＝1，更新步骤S03的氮氧化物排放map图，使
Figure GDA0003263566050000186
即步骤S06中氮氧化物的浓度Δn每增加20ppm，实施例1中的占空比
Figure GDA0003263566050000187
相应增加1，如此通过增大占空比不会因喷氨过剩导致氨逃逸；
S08.在安装所述发动机的车辆上安装所述PWM电控喷嘴、液氨气瓶、控制器、氨管道，在该尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置所述复合SCR催化剂，在所述控制器内存储步骤S07更新后的氮氧化物排放map图，使所述车辆在EGR开度为0％时，控制器根据EUC采集的转速、扭矩信息(ri，
Figure GDA0003263566050000191
)在所述氮氧化物排放map图中查询
Figure GDA0003263566050000192
并控制所述PWM电控喷嘴喷氨。

Claims (5)

1.一种基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01.使柴油机维持在尾气中PM不大于10mg/kWh，PN不大于3x1013#/kWh的工作状态；并使发动机在不同的转速ri下调整扭矩
Figure FDA0003263566040000013
利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量对废气中氮氧化物的浓度n进行测量，基于氮氧化物的排放量QNOx和对应的转速ri、扭矩
Figure FDA0003263566040000014
建立氮氧化物排放map图，氮氧化物的排放量QNOx＝nV；
S02.将多个温度传感器等距布置在尾气管上，采集发动机在步骤S01的所有工况下的尾气管排气温度map图；
S03.根据步骤S01得到的氮氧化物的排放量QNOx计算氨喷射量QNH3，QNH3＝(1.5～1.8)QNOx，标定PWM电控喷嘴在设定频率下，占空比与实际喷氨量的线形关系图，并为根据步骤S01得到的氮氧化物排放map图中的转速和扭矩信息
Figure FDA0003263566040000015
选取对应的占空比
Figure FDA0003263566040000011
更新氮氧化物排放map图，使
Figure FDA0003263566040000012
S04.根据步骤S02得到的尾气管排气温度map图，在所述尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置复合型SCR催化剂，复合型SCR催化剂包括：钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂、铁基SCR催化剂、锰基SCR催化剂、锰基镧系SCR催化剂中的任一一种或多种的组合，并根据步骤S01的氮氧化物排放map图中的各段温度区间下的氮氧化物的排放量设置所述复合型SCR催化剂的用量；
S05.在安装所述发动机的车辆上安装PWM电控喷嘴、液氨气瓶、控制器、氨管道，在该尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置所述复合型SCR催化剂，PWM电控喷嘴通过氨管道连通液氨气瓶，PWM电控喷嘴信号连接控制器，控制器还信号连接所述发动机的ECU，在所述控制器内存储步骤S02更新后的氮氧化物排放map图，使所述车辆的控制器根据EUC采集的转速、扭矩信息
Figure FDA0003263566040000021
在所述氮氧化物排放map图中调取
Figure FDA0003263566040000022
并控制所述PWM电控喷嘴喷氨。
2.根据权利要求1所述的基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，包括所述的步骤S01～S04，所述步骤S03中QNH3＝(1.5～1.6)QNOx，其特征在于，还包括以下后续步骤：
S05.在所述尾气管排气温度始终为100～500℃的区域之前的管段安装所述PWM电控喷嘴，PWM电控喷嘴通过氨管道连通液氨气瓶，PWM电控喷嘴信号连接控制器，控制器还信号连接所述发动机的ECU，在所述控制器内存储步骤S03更新后的氮氧化物排放map图；
S06.重复步骤S01利用排气流量计对废气流量V进行测量，以及利用CLD-氮氧测试仪测量经过所述复合型SCR催化剂后的废气中氮氧化物的浓度Δn进行测量，得到基于
Figure FDA0003263566040000023
与对应的转速、扭矩建立氮氧化物补偿排放map图，p为CLD-氮氧测试仪的测量误差；
S07.为步骤S06得到的氮氧化物补偿排放map图中的转速和扭矩信息
Figure FDA0003263566040000031
选取与
Figure FDA0003263566040000032
对应的正补偿占空比
Figure FDA0003263566040000033
Figure FDA0003263566040000034
△σ为占空比调节精度，更新步骤S03的氮氧化物排放map图，使
Figure FDA0003263566040000035
S08.在安装所述发动机的车辆上安装所述PWM电控喷嘴、液氨气瓶、控制器、氨管道，在该尾气管排气温度始终为100～500℃的区域布置所述复合型SCR催化剂，在所述控制器内存储步骤S07更新后的氮氧化物排放map图，使所述车辆的控制器根据ECU采集的转速、扭矩信息
Figure FDA0003263566040000036
在所述氮氧化物排放map图中查询
Figure FDA0003263566040000037
并控制所述PWM电控喷嘴喷氨。
3.根据权利要求1所述的基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，其特征在于，所述ECU信号连接EGR阀调节所述发动机的工作状态，所述发动机维持在尾气中PM不大于10mg/kWh，PN不大于3x1013#/kWh的工作状态时，所述EGR开度为0％～20％。
4.根据权利要求3所述的基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，其特征在于，所述EGR开度为0％。
5.根据权利要求1所述的基于利用液氨技术促使柴油机实现节能减排的方法，其特征在于，所述复合型SCR催化剂包括：
钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂，
或钒基SCR催化剂、铜基SCR催化剂与铁基SCR催化剂、锰基SCR催化剂、锰基镧系SCR催化剂中任一一种或两种以上的组合。
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