CN115013130B - Scr催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统，包含ECU；尿素喷射系统；HC喷射系统；SCR上游NOx传感器；SCR下游NOx传感器；SCR入口温度传感器。本发明还涉及SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法，包含步骤：计算当前运行工况下的结晶临界尿素喷射量；计算SCR催化剂尿素结晶量；执行尿素结晶清除流程；评估尿素结晶清除流程的执行效果。本发明基于尿素结晶生成及消除的机理对SCR中的尿素结晶量进行识别，从根本上解决了现有技术无法识别SCR尿素结晶量的问题，且可以准确估算SCR尿素结晶量；实现催化剂的尿素结晶的准确量化动态清除。

Description

SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机尾气净化处理控制技术领域，具体地涉及SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统及方法。

背景技术

选择性催化还原(SCR)技术是柴油机满足国六排放法规的一条重要技术路线。使用尿素-SCR后柴油机在运行过程中遇到的最为突出的问题是尿素结晶，其会在排气管内壁、混合器、SCR催化剂等部位出现不同程度的白色“结石”。附着在SCR催化剂上的尿素结晶阻碍了催化剂活性位与排气的接触，降低了SCR催化剂的活性，影响了NOx的转化效率。另一方面，尿素结晶在排气管、SCR入口处的不断积累、固化，导致SCR进气口的堵塞、排气被压升高、油耗增大以及排放恶化，严重影响发动机的故障限扭、动力不足等。因此需要根据当前发动机的工况对尿素结晶程度进行评估，当尿素结晶超过一定载量时，采用手段去除尿素结晶，从而恢复SCR催化剂及发动机性能。

造成SCR催化剂尿素结晶产生的主要原因是由于尿素溶液与排气的混合不充分以及尿素溶液热解、水解的效果差导致的。基于尿素结晶的机理，可将尿素结晶的基本因素简化为SCR催化剂温度、排气质量流量、燃油喷射量、尿素喷射量、尿素喷射压力以及SCR混合器的结构设计等。当排气温度低、负荷低尿素喷射量较高的工况下，SCR催化剂更容易发生尿素结晶；随着排气温度升高、负荷加大，以及尿素喷射量的降低，生成尿素结晶的风险会降低，且随着催化剂的温度升高及排气质量流量的增大，之前生成的尿素结晶也会被不断消除。

为了解决上述问题，现有技术有三种技术方案类型，分别有一个发明专利与其对应：

1.发明名称为“一种基于稳态工况评价尿素结晶风险的方法及其装置”，专利号为202110118851.6的中国发明专利，其公开了以下技术方案：

一种基于稳态工况评价尿素结晶风险的方法及其装置，通过质量系数η_m、温度系数η_t和效率系数η_e对尿素结晶风险系数η进行评价。在该方案中，其根据实际尿素喷射量和尿素需求量计算质量系数η_m，实际尿素喷射量和需求量的比值越大，质量系数η_m越大；根据排气温度查找Map计算温度系数η_t，排气温度越低，温度系数越大；根据上游Nox浓度和下游NOx浓度，计算效率系数η_e，其中，NOx的转化效率越低，效率系数η_e越大。最终结晶风险系数η为质量系数η_m、温度系数η_t、效率系数η_e的乘积。

2.发明名称为“一种SCR催化器结晶检测方法、检测装置、清除装置”，专利号为202011195423.5的中国发明专利，其公开了以下技术方案：

通过进排气系统的实际进气量和未结晶状态下的预标定进气量进行实时采集和累加，根据实际进气量总值和预标定进气量总值计算出来的进气偏差值来识别SCR催化剂的结晶状态。当检测到SCR催化剂有结晶故障时，根据结晶的轻重程度分别采用排温管理单元或DPF主动再生单元对结晶进行清除。

3.发明名称为“Urea-SCR后处理系统的尿素结晶风险预测方法”，专利号为201811554865.7的中国发明专利，其公开了以下技术方案：

该方案根据CRF(排气中的热量与尿素水溶液蒸发和尿素水解所需热量之和的比值)和阈值(A1、A2)来判断是否有结晶风险。当CRF<A1,结晶风险加大；A1<CRF<A2，结晶风险较小；CFR>A2，无结晶风险。

现有技术的缺点如下：

以上述发明1和发明3为代表的现有技术，实现了对当前工况运行时尿素结晶风险的实时预测，但并不能评估SCR催化剂当前的尿素结晶量。另外，排气流速也是影响尿素结晶风险的主要因素之一，而发明1中没有考虑排气流速对尿素结晶风险的影响，评估的结晶风险系数不够准确。

以上述发明2为代表的现有技术，通过催化剂尿素结晶堵塞后影响催化剂进气量的原理实现对尿素结晶程度的判断，当结晶量较少或者结晶在对进气流量影响较小的位置时，检测不到有尿素结晶。另一方面，在计算预标定进气量时，相同工况下可能具有不同的EGR率、VGT开度，采用所述的方法存在计算的预标定进气量不准确的风险。

发明内容

本发明针对上述问题，提供SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统及方法，其目的在于基于尿素结晶生成及消除的机理对SCR中的尿素结晶量进行识别，从根本上解决了现有技术无法识别SCR尿素结晶量的问题，且可以准确估算SCR尿素结晶量；实现催化剂的尿素结晶的准确量化动态清除。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统及方法，包含以下部分：

ECU，用于获取发动机当前工况数据，所述发动机当前工况数据包含燃油消耗量、排气质量流量、SCR入口温度、SCR催化剂温度、SCR催化剂温度、实际尿素喷射量、碳载量、SCR上游NOx浓度和SCR下游NOx浓度；且根据获取的所述发动机当前工况数据计算SCR催化剂尿素结晶量；且根据所述发动机当前工况数据和所述SCR催化剂尿素结晶量控制尿素结晶清除流程执行；且评估所述尿素结晶清除流程的执行效果；

尿素喷射系统，用于在所述ECU的控制之下，将尿素溶液喷入到排气管中；HC喷射系统，用于在ECU的控制之下，将燃油喷入到所述排气管中；

SCR上游NOx传感器，用于测量SCR的上游排气中的NOx浓度，获得所述SCR上游NOx浓度，并回传给所述ECU；

SCR下游NOx传感器，用于测量SCR的下游排气中的NOx浓度，获得所述SCR下游NOx浓度，并回传给所述ECU；

SCR入口温度传感器，用于测量进入SCR的排气的温度，获得所述SCR入口温度，并回传给所述ECU；

发动机的出气口与DOC或DPF的进气口气路连接；DOC或DPF的出气口与SCR的进气口气路连接；所述HC喷射系统的喷射口与发动机的出气口到DOC或DPF的进气口之间的气路连通；所述尿素喷射系统的喷射口与DOC或DPF的出气口到SCR的进气口之间的气路连通；所述SCR上游NOx传感器设在发动机的出气口到所述HC喷射系统的喷射口之间的气路中；所述SCR下游NOx传感器设在SCR的出气口中；所述SCR入口温度传感器设在所述尿素喷射系统的喷射口到SCR的进气口之间的气路中；

所述ECU的信号输出端分别与发动机的信号输入端、HC喷射系统的信号输入端、尿素喷射系统的信号输入端电信号耦接；所述ECU的信号输入端与发动机的信号输出端电信号耦接。

一种利用SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统的SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法，包含以下步骤：

S100.计算当前运行工况下的结晶临界尿素喷射量；

S200.计算所述SCR催化剂尿素结晶量；

S300.执行所述尿素结晶清除流程；

S400.评估所述尿素结晶清除流程的执行效果；

S100具体包含以下步骤：

S110.根据所述SCR催化剂温度、所述排气质量流量，查找MAP得到当前运行工况下的基础结晶临界尿素喷射量；所述基础结晶临界尿素喷射量与所述SCR催化剂温度为正向线性关系，且与所述排气质量流量为正向线性关系；

S120.根据所述燃油消耗量的动态变化，查找MAP得到结晶临界尿素喷射量修正系数；所述结晶临界尿素喷射量修正系数的取值范围为[0,1]，且与所述燃油消耗量为正向线性关系；

S130.用所述结晶临界尿素喷射量修正系数对所述基础结晶临界尿素喷射量进行修正，得到当前运行工况下的所述结晶临界尿素喷射量，按下式表达：

其中：为所述结晶临界尿素喷射量；/>为所述基础结晶临界尿素喷射量；f_cor为所述结晶临界尿素喷射量修正系数；

S200具体包含以下步骤：

S210.计算所述实际尿素喷射量与所述结晶临界尿素喷射量的差值，按下式表达：

其中，为所述实际尿素喷射量与所述结晶临界尿素喷射量的差值；/>为所述实际尿素喷射量；

S220.根据所述实际尿素喷射量与所述结晶临界尿素喷射量的差值，计算结晶形成速度；所述结晶形成速度按下式表达：

其中：v_inc为所述结晶形成速度；K为差值-速度转化系数，由人工预设；

S230.计算结晶消除速度，按下式表达：

v_dec＝v_{dec_base}*f_{cor_dec}

其中：v_dec为所述结晶消除速度；f_{cor_dec}为结晶消除速度修正系数，通过将所述排气质量流量查找MAP得到；v_{dec_base}为结晶消除速度基础值，通过将所述SCR催化剂温度查找MAP得到；

S240.根据所述结晶形成速度和所述结晶消除速度，计算得到所述SCR催化剂尿素结晶量，按下式表达：

M＝M_Int+∫v_inc-∫v_dec

其中，M为所述SCR催化剂尿素结晶量；M_Int为ECU初始化时上次驾驶循环的SCR尿素结晶量的存储值，由ECU读取得到；

S250.根据所述SCR催化剂尿素结晶量的值，判定得到SCR尿素结晶程度；所述SCR尿素结晶程度包含3个等级，按表征的结晶程度由轻到重依次为分别为“1级”、“2级”、“3级”；

S300的执行所述尿素结晶清除流程具体包含以下步骤：

S310.判定进入尿素结晶清除控制功能条件是否全部被满足；所述进入尿素结晶清除控制功能条件由人工预设；

S320.根据判定结果，做出如下操作：

如果所述进入尿素结晶清除控制功能条件没有全部被满足，则返回并再次执行S310；

如果所述进入尿素结晶清除控制功能条件有全部被满足，则执行S330；

S330.执行结晶清除作业；然后执行S340；

S340.判定是否有任一退出尿素结晶清除控制功能条件被满足；所述退出尿素结晶清除控制功能条件由人工预设；

S350.根据判定结果，做出如下操作：

如果有任一所述退出尿素结晶清除控制功能条件被满足，则退出本次所述尿素结晶清除流程；

如果没有任一所述退出尿素结晶清除控制功能条件被满足，则返回并再次执行S330；

S400的评估所述尿素结晶清除流程的执行效果，具体包含以下步骤：

S410.计算SCR转化效率，按下式表达：

其中：R为所述SCR转化效率；SCR_{实际转化效率}为经测得的SCR的实际转化率，按下式表达：

其中：NOx_上为所述SCR上游NOx浓度；NOx_下为所述SCR下游NOx浓度；SCR_{目标转化效率}为SCR的目标转化效率，由人工预设；

S420.输出所述SCR转化效率，然后退出本次SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法；所述SCR转化效率即为S400的最终输出结果。

优选地，S310中的所述进入尿素结晶清除控制功能条件具体包含以下内容：

所述SCR尿素结晶程度为“3级”；启动结晶清除功能的发动机工况条件全部被满足；所述碳载量小于人工预设的结晶清除碳载量阈值；所述启动结晶清除功能的发动机工况条件由人工预设，具体包含：

发动机的运行时间高于人工预设的发动机运行时间阈值；冷却水温高于人工预设的冷却水温度阈值；大气压力高于人工预设的大气压力阈值。

优选地，S330中的所述结晶清除作业，具体包含以下步骤：

S331.通过调整TVA阀减少进气量、推迟点火正时，提升排气温度，直至所述排气温度达到后喷的起喷温度；所述后喷的起喷温度的取值范围为[250℃,400℃]；

S332.ECU根据人工预设的结晶清除目标温度，请求后喷的燃油喷射量，将所述排气温度提升到结晶清除所需要的结晶清除目标温度，利用所述排气温度的高温清除SCR催化剂上的尿素结晶。

优选地，S340中的退出尿素结晶清除控制功能条件具体包含以下内容：

所述SCR尿素结晶程度为“1级”；在人工预设的SCR高温维持时间段内，所述SCR催化剂温度低于人工预设的SCR催化剂温度SCR催化剂温度阈值；所述结晶清除作业的运行时间超过人工预设的结晶清除作业时间阈值；任一所述进入尿素结晶清除控制功能条件没有被满足。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：

1.由于本发明是基于尿素结晶生成及消除的机理对SCR中的尿素结晶量进行识别，从而从根本上解决了现有技术无法识别SCR尿素结晶量的问题，且可以准确估算SCR尿素结晶量；

2.由于本发明根据发动机工况计算SCR催化剂的尿素结晶量，且通过结晶载量使能/停止尿素结晶的清除控制，从而实现了催化剂的尿素结晶的准确量化动态清除。

附图说明

图1为本发明具体实施例的后处理排放系统结构示意图；

图2为本发明具体实施例的结晶量计算及结晶清除方法的流程示意图；

图3为本发明具体实施例的SCR催化剂尿素结晶量计算流程示意图；

图4为本发明具体实施例的尿素结晶清除流程示意图。

其中：1.ECU，2.DOC或DPF，3.SCR，4.尿素喷射系统，5.HC喷射系统，6.SCR上游NOx传感器，7.SCR下游NOx传感器，8.SCR入口温度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统及方法，包含以下部分：

ECU1，用于获取发动机当前工况数据，发动机当前工况数据包含燃油消耗量、排气质量流量、SCR入口温度、SCR催化剂温度、SCR催化剂温度、实际尿素喷射量、碳载量、SCR上游NOx浓度和SCR下游NOx浓度；且根据获取的发动机当前工况数据计算SCR催化剂尿素结晶量；且根据发动机当前工况数据和SCR催化剂尿素结晶量控制尿素结晶清除流程执行；且评估尿素结晶清除流程的执行效果。

需要说明的是，ECU1即为车辆的发动机电控单元，用于发动机各类数据信息的获取、行为动作的计算及监控。对本发明而言，ECU1则是作为该方法实现的载体。

尿素喷射系统4，是发动机废气的净化系统，用于在ECU1的控制之下，根据当前发动机的尿素喷射量控制需求，将定量的尿素溶液喷入到排气管中。

HC喷射系统5，用于在ECU1的控制之下，将燃油喷入到排气管中。

需要说明的是，HC喷射系统5：是DPF主动再生过程中使用的一种有效措施。ECU1根据DPF再生的目标温度控制HC喷射系统5将定量的燃油喷入DOC或DPF2前端的排气管中，使喷射的燃油在DOC发生氧化反应，产生NO2和热量，然后在与DPF中的碳颗粒发生反应，继而完成DPF的主动再生。在本方案中，当结晶清除控制启动时，ECU1根据尿素结晶清除的目标温度，控制HC喷射系统5将定量的燃油喷入到排气管中，提高排气温度，烧掉附着在SCR催化剂上的结晶，实现尿素结晶的清除。

SCR上游NOx传感器6，用于测量SCR3的上游排气中的NOx浓度，获得SCR上游NOx浓度，并回传给ECU1。

SCR下游NOx传感器7，用于测量SCR3的下游排气中的NOx浓度，获得SCR下游NOx浓度，并回传给ECU1。

需要说明的是，SCR上游NOx传感器6获得的SCR上游NOx浓度和SCR下游NOx传感器7获得的SCR下游NOx浓度，在本发明中用于检测尿素结晶清除前后NOx转化效率，以评价尿素结晶清除效果。

SCR入口温度传感器8，用于测量进入SCR3的排气的温度，获得SCR入口温度，并回传给ECU1。

如图1所示，本具体实施例中，按以下方式对上述设备进行安装配置：

发动机的出气口与DOC或DPF2的进气口气路连接；DOC或DPF2的出气口与SCR3的进气口气路连接；HC喷射系统5的喷射口与发动机的出气口到DOC或DPF2的进气口之间的气路连通；尿素喷射系统4的喷射口与DOC或DPF2的出气口到SCR3的进气口之间的气路连通；SCR上游NOx传感器6设在发动机的出气口到HC喷射系统5的喷射口之间的气路中；SCR下游NOx传感器7设在SCR3的出气口中；SCR入口温度传感器8设在尿素喷射系统4的喷射口到SCR3的进气口之间的气路中。

ECU1的信号输出端分别与发动机的信号输入端、HC喷射系统5的信号输入端、尿素喷射系统4的信号输入端电信号耦接；ECU1的信号输入端与发动机的信号输出端电信号耦接。

如图2所示，一种利用SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统的SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法，包含以下步骤：

S100.计算当前运行工况下的结晶临界尿素喷射量。

本具体实施例中，S100具体包含以下步骤：

S110.根据SCR催化剂温度、排气质量流量，查找MAP得到当前运行工况下的基础结晶临界尿素喷射量；基础结晶临界尿素喷射量与SCR催化剂温度为正向线性关系，且与排气质量流量为正向线性关系。

S120.根据燃油消耗量的动态变化，查找MAP得到结晶临界尿素喷射量修正系数f_cor；结晶临界尿素喷射量修正系数f_cor的取值范围为[0,1]，且与燃油消耗量为正向线性关系。

S130.用结晶临界尿素喷射量修正系数f_cor对基础结晶临界尿素喷射量进行修正，得到当前运行工况下的结晶临界尿素喷射量/>按式(1)表达：

其中：为结晶临界尿素喷射量；/>为基础结晶临界尿素喷射量；f_cor为结晶临界尿素喷射量修正系数。

需要说明的是，当燃油消耗量越高时，结晶临界尿素喷射量修正系数f_cor越大；当燃油消耗量越小时，结晶临界尿素喷射量修正系数f_cor越小。

需要说明的是，整个S100都是在计算SCR催化剂形成尿素结晶的结晶临界尿素喷射量。结晶临界尿素喷射量可视为当前工况下，喷入的尿素溶液能够完全热解水解，不会形成尿素结晶的最大尿素喷射量。当实际喷入混合器的尿素喷射量大于结晶临界尿素喷射量时，SCR催化剂就会存在尿素结晶风险，且差距越大，结晶风险越高；当实际尿素喷射量小于结晶临界尿素喷射量时，SCR催化剂无尿素结晶的风险。

需要进一步说明的是，当SCR催化剂温度越高、排气质量流量越大时，结晶临界尿素喷射量越大；当SCR催化剂温度越低、排气质量流量越小，结晶临界尿素喷射量越小。

S200.如图3所示，计算SCR催化剂尿素结晶量。

需要说明的是，S200的作用在于

本具体实施例中，S200具体包含以下步骤：根据结晶临界尿素喷射量、实际尿素喷射量、SCR催化剂温度以及排气质量流量，计算SCR催化剂尿素结晶量。

S210.计算实际尿素喷射量与结晶临界尿素喷射量的差值，按式(2)表达：

其中，为实际尿素喷射量与结晶临界尿素喷射量的差值；/>为实际尿素喷射量；

需要说明的是，用于判断否存在尿素结晶风险，具体来说：当/>大于0时，SCR存在尿素结晶风险，SCR中开始形成尿素结晶；当/>小于0时，SCR不存在尿素结晶风险，且累积的结晶量会根据工况情况进行消除。

S220.根据实际尿素喷射量与结晶临界尿素喷射量的差值，计算结晶形成速度；结晶形成速度v_inc与实际尿素喷射量与结晶临界尿素喷射量的差值有关；结晶形成速度按式(3)表达：

其中：v_inc为结晶形成速度；K为差值-速度转化系数，由人工预设；

需要说明的是，差值-速度转化系数K由人工根据不同的发动机、SCR3的性能进行计算和标定，预先写入到ECU1中，也可以根据实际工况，由人工进行调整。

需要进一步说明的是，结晶形成速度v_inc与实际尿素喷射量与结晶临界尿素喷射量的差值成正比，/>越大时未能及时分解的尿素溶液越多，尿素结晶速度v_inc越大；否则v_inc越小。

需要进一步说明的是，由于差值-速度转化系数K是由人工事先标定的，因此结晶形成速度v_inc可根据实际尿素喷射量与结晶临界尿素喷射量的差值查找MAP获取，该MAP可在台架试验过程中根据结晶生成情况进行标定，这样节省了大量的即时运算资源。

S230.计算结晶消除速度，按式(4)表达：

v_dec＝v_{dec_base}*f_{cor_dec} (4)

其中：v_dec为结晶消除速度；f_{cor_dec}为结晶消除速度修正系数，通过将排气质量流量查找MAP得到；v_{dec_base}为结晶消除速度基础值，通过将SCR催化剂温度查找MAP得到。

需要说明的是，结晶消除速度v_dec与SCR催化剂温度是强相关的关系：当SCR催化剂温度在300℃～400℃之间时尿素结晶会快速分解；而在420℃以上，残余的少量结晶会缓慢分解；到700℃以上时，尿素结晶才能基本完全分解。另外，结晶消除速度v_dec与排气质量流量成正比。

需要说明的是，S230的原理分为两大步：首先根据SCR催化剂温度与结晶消除速度v_dec的关系，查MAP获取结晶消除速度基础值；然后根据排气质量流量查MAP获取排气质量流量查对结晶消除速度v_dec的结晶消除速度修正系数，并对结晶消除速度基础值进行修正，最终得到结晶消除速度v_dec。

S240.根据结晶形成速度和结晶消除速度，计算得到SCR催化剂尿素结晶量，按式(5)表达：

M＝M_Int+∫v_inc-∫v_dec (5)

其中，M为SCR催化剂尿素结晶量；M_Int为ECU1初始化时上次驾驶循环的SCR尿素结晶量的存储值，由ECU1读取得到。

需要说明的是，根据式(5)，SCR催化剂尿素结晶量随着发动机的工况动态变化；当ECU1检测到DPF再生、结晶清除等高温再生完成时，该方法认为再生时的高温已将SCR3的结晶消除干净，于是将SCR催化剂尿素结晶量M置0；ECU1下电时，SCR催化剂尿素结晶量M会进行下电存储；ECU1再次上电后，上次下电时存储的SCR催化剂尿素结晶量M就会作为本次驾驶循环的SCR尿素结晶量的存储值M_Int。

S250.根据SCR催化剂尿素结晶量的值，判定得到SCR尿素结晶程度；SCR尿素结晶程度包含3个等级，按表征的结晶程度由轻到重依次为分别为“1级”、“2级”、“3级”。

本具体实施例中，S250具体包含以下步骤：

S251.将人工预设的第一结晶程度阈值M₁和第二结晶程度阈值M₂写入ECU1；其中，第一结晶程度阈值M₁小于第二结晶程度阈值M₂。

需要说明的是，第一结晶程度阈值M₁用于表征SCR尿素结晶程度的低水平状态，低于这个阈值是非常安全的；第二结晶程度阈值M₂用于表征SCR尿素结晶程度的高水平状态，低于这个阈值就亟需清理SCR了。

S252.将SCR催化剂尿素结晶量M与第一结晶程度阈值M₁和第二结晶程度阈值M₂进行比较，并根据比较结果做出如下操作：

如果M＜M₁，则将SCR尿素结晶程度的值置为“1级”，此时表明SCR几乎无尿素结晶。

如果M₁＜M＜M₂，则将SCR尿素结晶程度的值置为“2级”，此时表明SCR存在少量尿素结晶，但还未达到需要进行尿素结晶清除的程度。

如果M＞M₂，则将SCR尿素结晶程度的值置为“3级”，此时表明SCR尿素结晶量高，需要启动尿素结晶清除流程进行结晶清除。

S300.如图4所示，执行尿素结晶清除流程。

本具体实施例中，S300的执行尿素结晶清除流程具体包含以下步骤：

S310.判定进入尿素结晶清除控制功能条件是否全部被满足；进入尿素结晶清除控制功能条件由人工预设。

本具体实施例中，进入尿素结晶清除控制功能条件具体包含以下内容：

SCR尿素结晶程度为“3级”；启动结晶清除功能的发动机工况条件全部被满足；碳载量小于人工预设的结晶清除碳载量阈值。

需要说明的是，碳载量小于结晶清除碳载量阈值是进入结晶清除的前提条件，其目的是由于结晶清除的目标温度(600℃～700℃)大于DPF再生的目标温度(500℃左右)，结晶清除所需的喷油量会高于DPF再生所需喷油量。为避免结晶清除时的高温引起DPF中积碳的迅速燃烧而导致DPF烧坏的风险，启动尿素结晶清除流程时，需保证DPF的碳载量小于结晶清除碳载量阈值。

需要说明的是，SCR尿素结晶程度为“3级”意味着M＞M₂，SCR尿素结晶量高，需要启动尿素结晶清除流程进行结晶清除。

启动结晶清除功能的发动机工况条件由人工预设，具体包含：

发动机的运行时间高于人工预设的发动机运行时间阈值；冷却水温高于人工预设的冷却水温度阈值；大气压力高于人工预设的大气压力阈值。

S320.根据判定结果，做出如下操作：

如果进入尿素结晶清除控制功能条件没有全部被满足，则返回并再次执行S310。

如果进入尿素结晶清除控制功能条件有全部被满足，则执行S330。

S330.执行结晶清除作业；然后执行S340。

本具体实施例中，S330中的结晶清除作业，具体包含以下步骤：

S331.通过调整TVA阀减少进气量、推迟点火正时，提升排气温度，直至排气温度达到后喷的起喷温度；后喷的起喷温度的取值范围为[250℃,400℃]。

需要说明的是，S331为结晶清除作业的第一个阶段：排气升温阶段；此阶段中，进入尿素结晶清除控制功能条件都满足，但SCR催化剂温度还未达到后喷的起喷温度，因此需要通过提升排气温度来达到。

S332.ECU1根据人工预设的结晶清除目标温度，请求后喷的燃油喷射量，将排气温度提升到结晶清除所需要的结晶清除目标温度，利用排气温度的高温清除SCR催化剂上的尿素结晶。

需要说明的是，S332为结晶清除作业的第二个阶段：结晶清除阶段；此阶段中，SCR催化剂温度还达到了后喷的起喷温度，开始利用高温清除尿素结晶。

需要进一步说明的是，当进入尿素结晶清除控制功能条件满足时，ECU1会进入结晶清除作业。在结晶清除作业中，ECU1通过请求达到结晶清除目标温度所需燃油量，通过后喷将排气温度提升到结晶清除目标温度(500℃～700℃)，利用高温将尿素结晶清除。

S340.判定是否有任一退出尿素结晶清除控制功能条件被满足；退出尿素结晶清除控制功能条件由人工预设。

本具体实施例中，退出尿素结晶清除控制功能条件具体包含以下内容：

SCR尿素结晶程度为“1级”；在人工预设的SCR高温维持时间段内，SCR催化剂温度低于人工预设的SCR催化剂温度SCR催化剂温度阈值；结晶清除作业的运行时间超过人工预设的结晶清除作业时间阈值；任一进入尿素结晶清除控制功能条件没有被满足。

S350.根据判定结果，做出如下操作：

如果有任一退出尿素结晶清除控制功能条件被满足，则退出本次尿素结晶清除流程，停止结晶清除作业对燃油量的请求，不再进行结晶清除。

如果没有任一退出尿素结晶清除控制功能条件被满足，则返回并再次执行S330。

需要说明的是，对于退出尿素结晶清除控制功能条件被满足的判断，实际上就是看SCR催化剂尿素结晶量M是否降到不用再清理的程度，如果是的，则说明累积的结晶量已被高温清除到目标，退出尿素结晶清除流程；另外为了保护SCR，进行的其他逻辑判断。

S400.评估尿素结晶清除流程的执行效果。

需要说明的是，S400用于根据尿素结晶清除流程启动前、后SCR催化剂转化效率来评价结晶清除的效果。

本具体实施例中，S400的评估尿素结晶清除流程的执行效果，具体包含以下步骤：

S410.计算SCR转化效率，按式(6)表达：

其中：R为SCR转化效率；SCR_{实际转化效率}为经测得的SCR的实际转化率，按式(7)表达：

其中：NOx_上为SCR上游NOx浓度；NOx_下为SCR下游NOx浓度。

SCR_{目标转化效率}为SCR3的目标转化效率，由人工预设，为当前SCR催化剂温度、排气质量流量等工况下标定的SCR转化效率。

S420.输出SCR转化效率R，然后退出本次SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法。

需要说明的是，SCR转化效率R描述了当前SCR催化剂的SCR的实际转化率和当前工况下SCR3的目标转化效率的偏差，当R＞1时，说明SCR3的实际转化效率高于SCR3的目标转化效率；当R＝1时，SCR3的实际转化效率与SCR3的目标转化效率一致；当R＜1时，SCR3的实际转化效率低于SCR3的目标转化效率。

需要进一步说明的是，SCR催化剂的结晶累积量到达一定程度时，附着在SCR催化剂上的尿素结晶阻碍了催化剂活性位与排气的接触，降低了SCR催化剂的活性，SCR转化效率R将降低到70％左右。除SCR催化剂尿素结晶累积外，SCR老化、SCR硫中毒、尿素泵喷射不当、尿素浓度低等原因，都会导致SCR转化效率R的降低。

因此，在S400的基础上，可以根据下述步骤对引起SCR转化效率R的其他原因进行排除后，再评价结晶清除控制功能启动后，SCR转化性能的恢复情况：

S500.监测尿素结晶清除流程启动前R的值。

S510.当R小于一个人工预设的阈值时(本具体实施例中为0.8)，检查尿素浓度是否小于车用标准尿素浓度(本具体实施例中为32.5％)，排除是否是由于尿素浓度低导致SCR转化效率R变低。

S520.如果尿素浓度正常，检查SCR3的催化剂的使用情况，排除是否是由于SCR老化导致SCR转化效率R变低。

S530.如果SCR没有老化问题，检查尿素泵是否存在故障，使尿素泵喷射不当导致SCR转化效率R变低。

S540.当无上述情况发生时，在结晶清除控制功能完成后，SCR催化剂上附着的尿素结晶被大部分清除，SCR催化剂转化效率R有了明显的改善，R将提升到90％左右。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法，利用了SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统，其特征在于：

所述SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除系统包含以下部分：

ECU(1)，用于获取发动机当前工况数据，所述发动机当前工况数据包含燃油消耗量、排气质量流量、SCR入口温度、SCR催化剂温度、SCR催化剂温度、实际尿素喷射量、碳载量、SCR上游NOx浓度和SCR下游NOx浓度；且根据获取的所述发动机当前工况数据计算SCR催化剂尿素结晶量；且根据所述发动机当前工况数据和所述SCR催化剂尿素结晶量控制尿素结晶清除流程执行；且评估所述尿素结晶清除流程的执行效果；

尿素喷射系统(4)，用于在所述ECU(1)的控制之下，将尿素溶液喷入到排气管中；

HC喷射系统(5)，用于在ECU(1)的控制之下，将燃油喷入到所述排气管中；

SCR上游NOx传感器(6)，用于测量SCR(3)上游排气中的NOx浓度，获得所述SCR上游NOx浓度，并回传给所述ECU(1)；

SCR下游NOx传感器(7)，用于测量SCR(3)下游排气中的NOx浓度，获得所述SCR下游NOx浓度，并回传给所述ECU(1)；

SCR入口温度传感器(8)，用于测量进入SCR(3)排气的温度，获得所述SCR入口温度，并回传给所述ECU(1)；

发动机的出气口与DOC或DPF(2)的进气口气路连接；DOC或DPF(2)的出气口与SCR(3)进气口气路连接；所述HC喷射系统(5)的喷射口与发动机的出气口到DOC或DPF(2)的进气口之间的气路连通；所述尿素喷射系统(4)的喷射口与DOC或DPF(2)的出气口到SCR(3)进气口之间的气路连通；所述SCR上游NOx传感器(6)设在发动机的出气口到所述HC喷射系统(5)的喷射口之间的气路中；所述SCR下游NOx传感器(7)设在SCR(3)出气口中；所述SCR入口温度传感器(8)设在所述尿素喷射系统(4)的喷射口到SCR(3)进气口之间的气路中；

所述ECU(1)的信号输出端分别与发动机的信号输入端、HC喷射系统(5)的信号输入端、尿素喷射系统(4)的信号输入端电信号耦接；所述ECU(1)的信号输入端与发动机的信号输出端电信号耦接；

所述SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法包含以下步骤：

S100.计算当前运行工况下的结晶临界尿素喷射量；

S200.计算所述SCR催化剂尿素结晶量；

S300.执行所述尿素结晶清除流程；

S400.评估所述尿素结晶清除流程的执行效果；

S100具体包含以下步骤：

S110.根据所述SCR催化剂温度、所述排气质量流量，查找MAP得到当前运行工况下的基础结晶临界尿素喷射量；所述基础结晶临界尿素喷射量与所述SCR催化剂温度为正向线性关系，且与所述排气质量流量为正向线性关系；

S120.根据所述燃油消耗量的动态变化，查找MAP得到结晶临界尿素喷射量修正系数；所述结晶临界尿素喷射量修正系数的取值范围为[0,1]，且与所述燃油消耗量为正向线性关系；

S130.用所述结晶临界尿素喷射量修正系数对所述基础结晶临界尿素喷射量进行修正，得到当前运行工况下的所述结晶临界尿素喷射量，按下式表达：

其中：为所述结晶临界尿素喷射量；/>为所述基础结晶临界尿素喷射量；f_cor为所述结晶临界尿素喷射量修正系数；

S200具体包含以下步骤：

S210.计算所述实际尿素喷射量与所述结晶临界尿素喷射量的差值，按下式表达：

其中，为所述实际尿素喷射量与所述结晶临界尿素喷射量的差值；/>为所述实际尿素喷射量；

S220.根据所述实际尿素喷射量与所述结晶临界尿素喷射量的差值，计算结晶形成速度；所述结晶形成速度按下式表达：

其中：v_inc为所述结晶形成速度；K为差值-速度转化系数，由人工预设；

S230.计算结晶消除速度，按下式表达：

v_dec＝v_{dec_base}*f_{cor_dec}

其中：v_dec为所述结晶消除速度；f_{cor_dec}为结晶消除速度修正系数，通过将所述排气质量流量查找MAP得到；v_{dec_base}为结晶消除速度基础值，通过将所述SCR催化剂温度查找MAP得到；

S240.根据所述结晶形成速度和所述结晶消除速度，计算得到所述SCR催化剂尿素结晶量，按下式表达：

M＝M_Int+∫v_inc-∫v_dec

其中，M为所述SCR催化剂尿素结晶量；M_Int为ECU(1)初始化时上次驾驶循环的SCR尿素结晶量的存储值，由ECU(1)读取得到；

S250.根据所述SCR催化剂尿素结晶量的值，判定得到SCR尿素结晶程度；所述SCR尿素结晶程度包含3个等级，按表征的结晶程度由轻到重依次为分别为“1级”、“2级”、“3级”；

S300的执行所述尿素结晶清除流程具体包含以下步骤：

S310.判定进入尿素结晶清除控制功能条件是否全部被满足；所述进入尿素结晶清除控制功能条件由人工预设；

S320.根据判定结果，做出如下操作：

如果所述进入尿素结晶清除控制功能条件没有全部被满足，则返回并再次执行S310；

如果所述进入尿素结晶清除控制功能条件有全部被满足，则执行S330；

S330.执行结晶清除作业；然后执行S340；

S340.判定是否有任一退出尿素结晶清除控制功能条件被满足；所述退出尿素结晶清除控制功能条件由人工预设；

S350.根据判定结果，做出如下操作：

如果有任一所述退出尿素结晶清除控制功能条件被满足，则退出本次所述尿素结晶清除流程；

如果没有任一所述退出尿素结晶清除控制功能条件被满足，则返回并再次执行S330；

S400的评估所述尿素结晶清除流程的执行效果，具体包含以下步骤：

S410.计算SCR转化效率，按下式表达：

其中：R为所述SCR转化效率；SCR_{实际转化效率}为经测得的SCR的实际转化率，按下式表达：

其中：NOx_上为所述SCR上游NOx浓度；NOx_下为所述SCR下游NOx浓度；

SCR_{目标转化效率}为SCR(3)目标转化效率，由人工预设；

S420.输出所述SCR转化效率，然后退出本次SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法；

S310中的所述进入尿素结晶清除控制功能条件具体包含以下内容：

所述SCR尿素结晶程度为“3级”；启动结晶清除功能的发动机工况条件全部被满足；所述碳载量小于人工预设的结晶清除碳载量阈值；所述启动结晶清除功能的发动机工况条件由人工预设，具体包含：

发动机的运行时间高于人工预设的发动机运行时间阈值；冷却水温高于人工预设的冷却水温度阈值；大气压力高于人工预设的大气压力阈值。

2.根据权利要求1所述的SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法，其特征在于：S330中的所述结晶清除作业，具体包含以下步骤：

S331.通过调整TVA阀减少进气量、推迟点火正时，提升排气温度，直至所述排气温度达到后喷的起喷温度；所述后喷的起喷温度的取值范围为[250℃,400℃]；

S332.ECU(1)根据人工预设的结晶清除目标温度，请求后喷的燃油喷射量，将所述排气温度提升到结晶清除所需要的结晶清除目标温度，利用所述排气温度的高温清除SCR催化剂上的尿素结晶。

3.根据权利要求2所述的SCR催化剂尿素结晶量计算及结晶清除方法，其特征在于：S340中的退出尿素结晶清除控制功能条件具体包含以下内容：

所述SCR尿素结晶程度为“1级”；在人工预设的SCR高温维持时间段内，所述SCR催化剂温度低于人工预设的SCR催化剂温度SCR催化剂温度阈值；所述结晶清除作业的运行时间超过人工预设的结晶清除作业时间阈值；任一所述进入尿素结晶清除控制功能条件没有被满足。