CN117514422A - 一种尾气处理装置及尾气处理控制方法 - Google Patents

一种尾气处理装置及尾气处理控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种尾气处理装置及尾气处理控制方法,在发动机的燃烧状态为稀燃状态时,通过生成的氨气在SCR中与原排NOx反应生成N2和H2O,从而降低排放污染物NOx,满足排放法规要求。同时由于氨气也是尾气排放污染物,因而也需要控制其在尾气中的含量。本申请基于SCR的氨储存能力决定需求的氨生成量,通过控制发动机的燃烧状态,能在降低NOx排放的同时保证氨气不会泄露到尾气中,从而在保证车辆满足油耗指标的同时解决排放超标的问题,从而满足法规的要求。

Description

一种尾气处理装置及尾气处理控制方法
技术领域
本申请涉及尾气处理领域,具体涉及一种尾气处理装置及尾气处理控制方法。
背景技术
随着国内油耗、排放法规日益严苛以及双碳战略的提出,低油耗、低排放、低成本的内燃机成为各主机厂下一代机型的开发目标。稀薄燃烧是减少CO2、提升汽油机热效率的主要技术方向,匹配混合动力技术更能实现低碳排放的目标。而稀薄燃烧工况下产生的NOx(氮氧化物)无法通过TWC(Three Way Catalyst Converter,三元催化转化器)去除,需要匹配相应的后处理装置。被动式SCR技术(PSCR)是在TWC基础上,增加额外的NOx存储和反应部件;相比于柴油机上的SCR(Selective Catalytic Reduction,选择性催化净化器)系统,被动式SCR无需增加尿素喷射系统等附件,可有效节约成本,有利于整车布置。稀薄燃烧搭配被动式SCR技术能更好的满足日益严苛的排放法规。
发明内容
本申请提供了一种尾气处理装置及尾气处理控制方法,保证车辆满足油耗指标的同时解决排放超标的问题,从而满足法规的要求。
第一方面,本申请提供了一种尾气处理装置,包括三元催化转化器、选择性催化净化器及控制器,所述三元催化转化器及所述选择性催化净化器依次连接于发动机的排气管路上;
所述控制器用于根据当前排气温度获取所述选择性催化净化器的饱和储氨量,并计算出所述选择性催化净化器中的当前储氨量,根据所述选择性催化净化器中的当前储氨量的大小,控制所述发动机的燃烧状态。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述控制器具体用于:
当所述选择性催化净化器中的当前储氨量大于第一阈值时,控制所述发动机的燃烧状态为稀燃状态;
当所述选择性催化净化器中的当前储氨量小于第二阈值时,控制发动机的燃烧状态为浓燃状态;
当所述选择性催化净化器中的当前储氨量大于等于第二阈值且小于等于第一阈值时,控制发动机的燃烧状态维持不变。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述选择性催化净化器的饱和储氨量与温度的关系基于台架试验得到。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述选择性催化净化器中的当前储氨量=氨生成量-氨反应消耗量-氨氧化消耗量。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述氨生成量包括所述发动机的燃烧状态为浓燃状态时,基于不同发动机工况下所述三元催化转化器中氨的生成量。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述氨反应消耗量包括所述发动机的燃烧状态为浓燃状态时根据所述选择性催化净化器基于排气温度、排气流量和NOx转化效率,将原排NOx按当量比换算与氨发生反应消耗的量,以及所述发动机的燃烧状态为稀燃状态时根据所述选择性催化净化器基于排气温度、排气流量和NOx转化效率,将原排NOx按当量比换算与氨发生反应消耗的量。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述氨氧化消耗量包括所述发动机的燃烧状态为稀燃状态时根据所述选择性催化净化器基于排气温度、排气流量和氨氧化效率,将氧气按氧化当量比与氨发生反应消耗的量。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述第一阈值为所述饱和储氨量的90%,所述第二阈值为所述饱和储氨量的10%。
在本申请的一些实施例中,基于前述方案,所述发动机为汽油发动机。
第二方面,本申请提供了一种尾气处理控制方法,应用于第一方面所述的尾气处理装置,所述尾气处理控制方法包括:
控制器根据当前排气温度获取选择性催化净化器的饱和储氨量;
所述控制器计算出所述选择性催化净化器中的当前储氨量;
所述控制器根据所述选择性催化净化器中的当前储氨量的大小,控制所述发动机的燃烧状态。
本申请的技术方案提供一种尾气处理装置及尾气处理控制方法,在发动机的燃烧状态为稀燃状态时,通过生成的氨气在SCR中与原排NOx反应生成N2和H2O,从而降低排放污染物NOx,满足排放法规要求。同时由于氨气也是尾气排放污染物,因而也需要控制其在尾气中的含量。本申请基于SCR的氨储存能力决定需求的氨生成量,通过控制发动机的燃烧状态,能在降低NOx排放的同时保证氨气不会泄露到尾气中,从而在保证车辆满足油耗指标的同时解决排放超标的问题,从而满足法规的要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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。在附图中:
图1为某款SCR在不同温度下氨的饱和存储量与饱和存储时间的关系图;
图2为本申请尾气处理装置的结构示意图;
图3为本申请计算SCR中的当前储氨量的逻辑框图;
图4为本申请尾气处理控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
下面将结合附图,对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了便于更好的理解本申请的技术方案,首先进行以下说明:
SCR中的氨存储能力和存储效率随着温度的变化而变化,SCR中的饱和储氨量和储氨效率要基于选定的催化器(即与SCR的类型、规格等)进行台架试验得到,如图1所示,为某款SCR在不同温度下氨的饱和存储量与饱和存储时间的关系图。
另外,发动机在稀燃状态下,SCR中存储的氨会与尾气中的NOx反应而减少,也会与氧气反应,因而SCR中储氨降低,可减少NOx排放,主要的反应方程式为化学式1和化学式2。发动机在浓燃状态下,TWC中生成NH3,主要的反应方程式为化学式3和化学式4,SCR会吸附存储TWC生成的氨,因此SCR中的氨存储量是动态变化的。但是SCR中氨存储量需要保持在合理范围内(一般为饱和储氨量的10%~90%)。
化学式1:NH3+NOx→N2+H2O。
化学式2:NH3+O2→N2+H2O。
化学式3:2CO+2NO+3H2→2NH3+2CO2
化学式4:2NO+5H2→2NH3+2H2O。
请参阅图2,本申请提供一种尾气处理装置,包括三元催化转化器(Three WayCatalyst Converter,TWC)10、选择性催化净化器(Selective Catalytic Reduction,SCR)20及控制器30,三元催化转化器10及选择性催化净化器20依次连接于发动机40的排气管路上。
控制器30用于根据当前排气温度获取SCR 20的饱和储氨量,并计算出SCR 20中的当前储氨量,根据SCR 20中的当前储氨量的大小,控制发动机40的燃烧状态。
在一些实施例中,控制器30具体用于:
当SCR 20中的当前储氨量大于第一阈值时,控制发动机40的燃烧状态为稀燃状态;
当SCR 20中的当前储氨量小于第二阈值时,控制发动机40的燃烧状态为浓燃状态;
当SCR 20中的当前储氨量大于等于第二阈值且小于等于第一阈值时,控制发动机40的燃烧状态维持不变,即维持当前的燃烧状态。
在一些实施例中,第一阈值为SCR 20的饱和储氨量的90%,第二阈值为SCR 20的饱和储氨量的10%。发动机40为汽油发动机,当然也可以为柴油发动机,但该尾气处理装置主要应用于柴油发动机的尾气处理。
图3为计算SCR 20中的当前储氨量的逻辑框图,图3中,第一阈值为SCR 20的饱和储氨量的90%,第二阈值为SCR 20的饱和储氨量的10%。当SCR 20中氨存储量大于饱和储氨量的90%时,此时需求的氨生成量为0,则控制器30控制发动机40的燃烧状态为稀燃状态,即保持稀燃状态或切换到稀燃状态,从而SCR 20中存储的氨与尾气中的NOx反应以降低尾气排放。当SCR 20中氨存储量小于饱和储氨量的10%时,此时具有氨生成量需求,则控制器30控制发动机40的燃烧状态为浓燃状态,即发动机40切换到浓燃状态,SCR 20吸附存储在TWC 10中产生的氨,SCR 20在吸附存储TWC 10产生的氨时,会有一部分氨与尾气中的NOx反应,在氨存储量计算时需要统计这一部分。当排气管路中的氧气从TWC 10溢出后,溢出的氧气会在SCR 20中与氨反应,消耗掉一部分储氨量。当SCR 20中的当前储氨量大于等于饱和储氨量的10%且小于等于饱和储氨量的90%时,此时SCR 20中的氨存储量是在合理范围内,因此控制发动机40的燃烧状态维持不变,即维持当前的燃烧状态。
基于此,在一些实施例中,SCR 20中的当前储氨量=氨生成量-氨反应消耗量-氨氧化消耗量。
其中,氨生成量包括发动机40的燃烧状态为浓燃状态时,基于不同发动机工况下SCR 20中氨的生成量。发动机40在不同工况下,TWC 10中CO、NO、H2及TWC的催化转化效率不同,从化学式1和化学式2可以得知最终SCR 20中氨的生成量也不同。
其中,氨反应消耗量包括发动机40的燃烧状态为浓燃状态时根据SCR 20基于排气温度、排气流量和NOx转化效率,将原排NOx按当量比换算与氨发生反应消耗的量,以及发动机40的燃烧状态为稀燃状态时根据SCR 20基于排气温度、排气流量和NOx转化效率,将原排NOx按当量比换算与氨发生反应消耗的量。原排NOx中除了NOx之外,还包含其他废气,因此需要换算成NOx的当量来计算消耗氨的量。
其中,氨氧化消耗量包括发动机40的燃烧状态为稀燃状态时根据SCR 20基于排气温度、排气流量和氨氧化效率,将氧气按氧化当量比与氨发生反应消耗的量。
可以理解的是,排气温度可以通过设置于排气管路中的温度传感器得到,排气流量则可以通过设置于排气管路中的流量计得到,而NOx转化效率和氨氧化效率则可以取决于SCR 20的性能而定。
基于同一发明构思,本申请还提供一种尾气处理控制方法,应用于前述实施例中的尾气处理装置,如图4所示,该尾气处理控制方法包括:
步骤S1、控制器30根据当前排气温度获取SCR 20的饱和储氨量;
步骤S2、控制器30计算出SCR 20中的当前储氨量;
步骤S3、控制器30根据SCR 20中的当前储氨量的大小,控制发动机40的燃烧状态。
在一些实施例中,步骤S3具体包括:
当SCR 20中的当前储氨量大于第一阈值时,控制器30控制发动机40的燃烧状态为稀燃状态;当SCR 20中的当前储氨量小于第二阈值时,控制器30控制发动机40的燃烧状态为浓燃状态;当SCR 20中的当前储氨量大于等于第二阈值且小于等于第一阈值时,控制器30控制发动机40的燃烧状态维持不变。
综上而言,本申请提供一种尾气处理装置及尾气处理控制方法,在发动机的燃烧状态为稀燃状态时,通过生成的氨气在SCR中与原排NOx反应生成N2和H2O,从而降低排放污染物NOx,满足排放法规要求。同时由于氨气也是尾气排放污染物,因而也需要控制其在尾气中的含量。本申请基于SCR的氨储存能力决定需求的氨生成量,通过控制发动机的燃烧状态,能在降低NOx排放的同时保证氨气不会泄露到尾气中,从而在保证车辆满足油耗指标的同时解决排放超标的问题,从而满足法规的要求。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种尾气处理装置,其特征在于,包括三元催化转化器、选择性催化净化器及控制器,所述三元催化转化器及所述选择性催化净化器依次连接于发动机的排气管路上;
所述控制器用于根据当前排气温度获取所述选择性催化净化器的饱和储氨量,并计算出所述选择性催化净化器中的当前储氨量,根据所述选择性催化净化器中的当前储氨量的大小,控制所述发动机的燃烧状态。
2.根据权利要求1所述的尾气处理装置,其特征在于,所述控制器具体用于:
当所述选择性催化净化器中的当前储氨量大于第一阈值时,控制所述发动机的燃烧状态为稀燃状态;
当所述选择性催化净化器中的当前储氨量小于第二阈值时,控制发动机的燃烧状态为浓燃状态;
当所述选择性催化净化器中的当前储氨量大于等于第二阈值且小于等于第一阈值时,控制发动机的燃烧状态维持不变。
3.根据权利要求1所述的尾气处理装置,其特征在于,所述选择性催化净化器的饱和储氨量与温度的关系基于台架试验得到。
4.根据权利要求1所述的尾气处理装置,其特征在于,所述选择性催化净化器中的当前储氨量=氨生成量-氨反应消耗量-氨氧化消耗量。
5.根据权利要求4所述的尾气处理装置,其特征在于,所述氨生成量包括所述发动机的燃烧状态为浓燃状态时,基于不同发动机工况下所述三元催化转化器中氨的生成量。
6.根据权利要求4所述的尾气处理装置,其特征在于,所述氨反应消耗量包括所述发动机的燃烧状态为浓燃状态时根据所述选择性催化净化器基于排气温度、排气流量和NOx转化效率,将原排NOx按当量比换算与氨发生反应消耗的量,以及所述发动机的燃烧状态为稀燃状态时根据所述选择性催化净化器基于排气温度、排气流量和NOx转化效率,将原排NOx按当量比换算与氨发生反应消耗的量。
7.根据权利要求4所述的尾气处理装置,其特征在于,所述氨氧化消耗量包括所述发动机的燃烧状态为稀燃状态时根据所述选择性催化净化器基于排气温度、排气流量和氨氧化效率,将氧气按氧化当量比与氨发生反应消耗的量。
8.根据权利要求2所述的尾气处理装置,其特征在于,所述第一阈值为所述饱和储氨量的90%,所述第二阈值为所述饱和储氨量的10%。
9.根据权利要求1所述的尾气处理装置,其特征在于,所述发动机为汽油发动机。
10.一种尾气处理控制方法,其特征在于,应用于如权利要求1~9任一项所述的尾气处理装置,所述尾气处理控制方法包括:
控制器根据当前排气温度获取选择性催化净化器的饱和储氨量;
所述控制器计算出所述选择性催化净化器中的当前储氨量;
所述控制器根据所述选择性催化净化器中的当前储氨量的大小,控制所述发动机的燃烧状态。
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