一种精确测定SCR氨喷射比例的方法与流程

一种精确测定scr氨喷射比例的方法
技术领域
1.本发明属于柴油机scr系统技术领域，具体涉及一种精确测定scr氨喷射比例的方法。


背景技术：

2.柴油机使用scr(选择性催化还原系统)系统处理排气中的氮氧化物(nox)成为目前排放控制的一种普遍手段，scr系统通过将尿素水解为nh3等主要还原物在适当的温度、流量下与nox反应生成n2和h2o等物质排出。以铜基scr系统为例是以cuo等主要功能单元及相关传感器组成。
3.nh3喷射比例即在不同温度、流量、no2对nox占比等不同工况下的nh3喷射与scr上游的nox反应比例(也可称为氨氮比)。
4.车辆使用过程中当达到一定温度后开始氨喷射并水解生成nh3与nox进行反应。当前scr系统多以闭环控制nh3喷射精度。即通过建立模型包括：scr效率、nh3与nox反应比例、氨存储目标值选择、上游nox值(nox传感器未释放时通过万有特性建立scr上游nox模型)、废气流量，计算当前所需氨喷射量。达到一定排温后通过监控尾管nox模型(通过上游nox与scr效率模型计算得出)与尾管nox传感器值偏差进行闭环补偿。最终实现nh3喷射的控制。
5.现有技术由于nh3喷射反应比例的标定偏差(主要为计算方法与实际反应比例偏差)导致累积nh3存储偏差，因闭环系统在不同区间的适用性并不相同，如低温区由于老化及其他影响因素(如thc、s)一般不进行闭环控制。由此导致的偏差极易产生氨泄漏。同时由于国六法规限值较小，使得scr在大部分高效区效率要达到100％，如不进行主动减喷，则进入闭环区间后，在高效率区的闭环控制方法——以效率模型为目标值进行闭环，极易产生闭环正补偿过量恶化氨泄漏现象。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种精确测定scr氨喷射比例的方法，以解决现有技术由于nh3喷射反应比例标定偏差与闭环控制方法导致累积nh3存储偏差最终产生氨泄漏或法规风险的问题。
7.为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
8.一种精确测定scr氨喷射比例的方法，包括以下步骤：
9.s1、提高排气温度并停止喷射尿素，以清空scr；
10.s2、将工况稳定在排气温度为第一设定温度，废气流量在第一设定流量；
11.s3、假定当前工况scr目标效率fmef达到100％，采用假设当前nox中no占比为100％，与nh3进行反应的计算摩尔质量比例θfac初始值为m，计算出当前工况nh3的理论喷射量urea_dm；
12.s4、以nh3的理论喷射量urea_dm为基础，持续以nh3的理论喷射量urea_dm的倍数k增加nh3的喷射量，直至出现氨泄漏，得到当前工况最大scr的稳定转化效率fmax，并更改目
标scr效率fmef为小于等于fmax的值；
13.s5、以nh3的理论喷射量urea_dm开始喷射，确定feff与fmef跟随情况，在没有nh3泄露前提下以两者偏差持续进行闭环控制；若feff小于fmef，则逐步增加喷射量系数α；若feff大于等于fmef，则逐步减少喷射量系数α，最终实现α稳定在设定值，基于实际反应过程，scr中的化学反应为非单一反应，α值在0.6
‑
1之间；
14.s6、得到当前工况nh3与nox反应比例系数θfac为m*α。
15.进一步的，在进行步骤s1前，在尾管加装nh3传感器。
16.进一步的，步骤s2中，第一设定温度为300℃，第一设定流量为200kg/小时。
17.进一步的，步骤s3中，m为0.57。
18.进一步的，步骤s3中，当前工况nh3的理论喷射量urea_dm的计算公式为：
19.urea_dm＝meg
×
λus
×
β
×
fmef
×
θfac
×
5.425，其中，meg为排气质量流量，λus为scr上游氮氧传感器测量值，β为无量纲系数，为0.00044，用于转化ppm单位为mg/s单位，fmef为可控的目标scr效率，θfac为nh3与nox反应比例系数，5.425为当前工况下nh3与尿素的质量转换比。
20.进一步的，倍数k为1.1、1.2、1.3
……
的等差数列中的一项。
21.进一步的，步骤s5之前还包括步骤s41，再次停喷尿素直至scr前后nox值一致。
22.本发明的有益效果是：
23.本技术方案通过改变测量方法及思路得出精确的nh3与nox反应比例系数，有益于精确控制尿素喷射及效率稳定性，加入闭环的负修正在保证最大限度发挥scr效率的同时减少正补偿概率，从而降低氨泄漏风险。
24.本技术方案是一种开放性的测试方法，对不同后处理技术路线有较为普遍的适用性。同时为scr目标效率管控及反应比例系数对应关系提供了极为精准的统计研究基础。
附图说明
25.图1为本发明scr结构示意图；
26.图2为本发明精确测定scr氨喷射比例的方法的流程图；
27.图3为本发明精确测定scr氨喷射比例的方法的逻辑流程图。
28.附图标记说明
29.1、前nox传感器，2、尿素喷嘴，3、后nox传感器。
具体实施方式
30.以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
31.在本技术的以下精确测定中，所使用的仪器、设备、试剂等，除非有特别说明，均可以通过商业途径获得。
32.本技术方案通过标定及测量手段，当达到一定的排温、解冻条件达成并完成建立泵喷射系统压力建立并检查后，开始氨喷射并进行nox转化。通过建立精准模型包括scr效率、nh3与nox反应比例、上游nox值(nox传感器未释放时通过万有特性建立scr上游nox模型)，计算当前氨喷射量。达到一定排温后通过监控尾管nox模型(加入负修正量)与尾管nox
传感器值偏差进行闭环补偿。最终实现nh3的精准控制。
33.scr工作原理：
34.当排温达到阈值、无解冻需求且泵系统完成压力建立并检查无误时，尿素喷射开启并与nox在载体中进行反应，具体如下：
35.水解反应：
[0036][0037]
催化还原反应包括以下几种反应形式：
[0038]
no2 no 2nh3→
2n2 3h2o；
[0039]
6no2 8nh3→
7n2 12h2o；
[0040]
no 2nh3 no2→
2n2 3h2o；
[0041]
4no 4nh3 o2→
4n2 6h2o。
[0042]
本技术的技术方案具有开放性，在以下的实施例中，以温度为300℃、废气流量200kg/小时的工况为例进行说明，这一工况仅是本技术方案的示例，并不是说在其它工况情况下不适用于本技术的技术方案。
[0043]
本技术提供一种精确测定scr氨喷射比例的方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：
[0044]
s1、在进行精确测定前，需要在发动机排气尾管上加装nh3传感器，同时在发动机排气尾管的scr上还设置有前nox传感器1、尿素喷嘴2、后nox传感器3，如图1所示，这些部分均为现scr的常规配置，具体不进行详细的描述。
[0045]
首先，提高尾气排气温度并停止喷射尿素，以清空scr，此处的提高尾气排气温度并不进行温度的设定，通常采用高于本实施例的示意工况的300℃温度，具体高出的数据不进行强调，只要实现能够清空scr即可，并保证不对发动机尾气排放的附属部件造成热伤害均能够实现本技术的这一技术方案。清空scr后，保证scr前后nox一致。
[0046]
s2、将工况稳定在排气温度为300℃、废气流量200kg/小时。
[0047]
s3、假定当前工况scr目标效率fmef达到100％(此部分为理论计算阶段，实际的scr目标效率fmef不可能达到100％)，采用标准反应摩尔质量比例的θfac初始值为m，在本实施例中，m取值为0.57，计算出当前工况nh3的理论喷射量urea_dm。
[0048]
当前工况nh3的理论喷射量urea_dm的计算公式为：
[0049]
urea_dm＝meg
×
λus
×
β
×
fmef
×
θfac
×
5.425，其中，meg为排气质量流量，λus为scr上游氮氧传感器测量值，β为无量纲系数，为0.00044，用于转化ppm单位为mg/s单位，fmef为可控的目标scr效率，θfac为nh3与nox反应比例系数，5.425为当前工况下nh3与尿素的质量转换比。
[0050]
s4、以上述的nh3的理论喷射量urea_dm为基础，持续以nh3的理论喷射量urea_dm的倍数k增加nh3的喷射量，在本技术中，倍数k的取值为1.1、1.2、1.3、1.4
……
的等差数列，具体为：首先按nh3的理论喷射量urea_dm的1.1倍喷射，其次按nh3的理论喷射量urea_dm的1.2倍喷射，第三按nh3的理论喷射量urea_dm的1.3倍喷射，依此方式进行喷射，直至出现氨泄漏，得到当前工况最大scr的稳定转化效率fmax，并更改目标scr效率fmef为小于等于fmax
的值。在本技术的其它实施例中，倍数k的取值也可以按其它的等差数列进行增加，为保证检测结果的平稳，只要在nh3的理论喷射量urea_dm的基础上等量增加即可。
[0051]
s41，再次停喷尿素直至scr前后nox值一致，此时的排气温度可以按当前工况，也可以按步骤s1提高排气温度的方式进行。
[0052]
s5、以nh3的理论喷射量urea_dm开始喷射，确定feff与fmef跟随情况，在没有nh3泄露前提下以两者偏差持续进行闭环控制；若feff小于fmef，则逐步增加喷射量系数α；若feff大于等于fmef，则逐步减少喷射量系数α，最终实现α稳定在某一值。基于实际反应，scr中的化学过程为非单一反应，故α值一般在0.6
‑
1之间。以我方测试某型发动机所搭载后处理测试结果为例，排温350℃，废气质量流量180kg/小时工况测试α值为0.7；排温420℃，废气质量流量325kg/小时工况测试α值为0.72。
[0053]
s6、得到当前工况nh3与nox反应比例系数θfac为m*α，即θfac＝0.57
×
α。
[0054]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。