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基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法技术

技术编号:15632435 阅读:188 留言:0更新日期:2017-06-14 16:16
本发明专利技术公开了一种基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法:根据SCR系统氨质量守恒建立储氨量计算模型,计算实际工况下SCR当前时刻的储氨量;基于稳态实验标定出发动机NO

【技术实现步骤摘要】
基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法
本专利技术涉及柴油机尾气后处理技术,更具体的说,是涉及一种基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法。
技术介绍
柴油机的富氧燃烧极易产生较高的NOx排放,是内燃机车NOx排放的主要来源。选择性催化还原技术利用尿素水解产生的氨将尾气中的NOx还原成N2,可以降低柴油机中90%以上的NOx,目前被认为是解决柴油机NOx排放最有效的技术。采用SCR后处理技术相比EGR技术有利于燃油经济性的改善,燃油系统的配置也不需太高,而且SCR对燃油中的硫不太敏感,低要求的燃油品质可以降低柴油机的运行成本。在我国满足国IV阶段及更严格排放法规的重型柴油车多数采用了SCR技术。SCR系统需要在催化剂上游的排气管上安装尿素喷射装置,将尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中。雾状形态的尿素水溶液在高温排气作用下发生水解和热解反应,生成所需要的还原剂氨,在催化反应区与排气中的NOx反应。实际工况尿素喷射产生的氨并不与NOx刚好完全反应,而是一部分被NOx消耗,一部分吸附在SCR系统的载体上。当尿素喷射量过多,反应剩余氨一旦超过SCR载体最大氨存储量,便会产生氨泄漏,造成二次污染。尤其在SCR温度剧烈上升的工况(例如柴油机突然由低负荷运行到大负荷),氨泄漏问题尤为严重。由于SCR系统的饱和氨存储能力随温度增加而骤减,温度剧烈上升时,低温时存储的氨来不及与排气中的NOx反应,就会以氨泄漏的形式释放出来。SCR的控制需要考虑不同排气条件下SCR系统的催化特性和氨存储特性,低温时催化剂活性低,储氨量对SCR效率影响较大;高温时SCR的储氨能力低,但催化剂活性提高使得SCR具有很高的转化效率。因此SCR系统控制的目标是实现NOx转化效率和氨泄漏二者的折衷。国IV和国V阶段重型柴油机排放法规中,要求发动机在指定的排放测试循环(ESC/ETC)下运行能满足特定的排放限值要求。但是在实际路况中,特别是在城区行驶的情况下,柴油车排放的NOx却远超出排放测试的限值。原因是ESC/ETC测试循环的低速低负荷工况并不具有代表性,而SCR后处理系统在排气温度较高催化剂活性较强时工作效率高,低温时NOx转化效率较低。为使测试循环工况更接近道路工况,欧VI阶段采用了世界统一的稳态和瞬态测试循环(WHSC/WHTC)。该测试循环对各种路况具有较好的代表性,相比ESC/ETC测试循环,WHSC/WHTC测试循环低速低负荷工况更为集中,瞬态工况变动范围更大,这就要求采用更高效灵活的控制方法进一步提高SCR低温下的工作效率和降低瞬态工况的氨泄漏。目前SCR控制的研究多集中在基于模型的控制策略方面,但由于大多数模型较复杂,嵌入性与实时性较差,而对SCR氨存储动态特性及相关控制方法的研究较少。加强瞬态工况中SCR系统控制方法的研究,提高NOx转化效率,减少氨的泄漏量,有利于降低流体消耗(fluidscost)和应对更加严格的排放法规。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足,针对柴油机后处理SCR系统低温时NOx转化效率低和瞬态工况下的氨泄漏问题,提供一种基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法,能够提高柴油机后处理SCR全工况的NOx转化效率,节省尿素消耗量并降低氨泄漏。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法,包括以下步骤:步骤一,根据SCR系统氨质量守恒建立储氨量计算模型,计算实际工况下SCR当前时刻的储氨量;步骤二,基于稳态实验标定出发动机NOx排放脉谱、排气质量流量脉谱和氨氮比脉谱,计算出基本尿素喷射量;步骤三,通过实验标定目标储氨量区域、氨吸附时间常数和氨释放时间常数,计算出修正尿素喷射量;步骤四,实际工况下,以基本尿素喷射量与修正尿素喷射量之和对尿素喷射进行控制,在排气温度突增的工况下辅以尿素缓喷和停喷,使得SCR当前时刻的储氨量逼近目标储氨量区域。步骤一中当前时刻的储氨量=上一时刻的储氨量+氨存储量的变化量,其数学表达式如下:其中,ASCt、ASCt-1分别为t时刻和t-1时刻的氨存储量,分别为SCR入口与出口的NH3质量流量,分别为SCR入口与出口NOx质量流量,分别为NOx和NH3的相对分子质量,fs为NH3与NOx化学反应系数。步骤二中基本尿素喷射量按以下公式计算:其中,QNOx为NOx质量流量,为NH3质量流量,QAdblue为尿素质量流量(即基本尿素喷射量),MEG、MAdblue、分别为排气、尿素、NOx和NH3的相对分子质量,QEG为排气质量流量,为SCR入口NOx质量浓度,fs为NOx和NH3化学反应系数之比,ANR为氨氮比。步骤三中目标储氨量区域为一个优化的储氨量区域,通过SCR实验得出SCR不同温度不同储氨量下的NOx转化效率脉谱,通过SCR标定实验得出不同SCR温度和空速下的最大储氨量脉谱,根据最大储氨量和NOx转化效率,确定目标储氨量区域的上、下限,上限离最大储氨量留有一定差值,下限对应最低的目标NOx转化效率。步骤三中氨吸附时间常数是指SCR系统尿素起喷后,储氨量从零增长到最大储氨量的63%所用的时间,通过SCR标定实验得出不同SCR温度和过量NH3质量流量下的氨吸附时间常数;所述氨释放时间常数是指SCR系统尿素停喷后,储氨量从最大储氨量减少到最大储氨量的37%所用的时间,通过SCR标定实验得出不同SCR温度和过量NOx质量流量下的氨释放时间常数。步骤三中修正尿素喷射量计算分为氨吸附和氨释放两种模式:(1)氨吸附模式:消耗氨质量流量=实际NOx质量流量×NOx转化效率×0.37;过量氨质量流量=实际氨质量流量-消耗氨质量流量;修正尿素喷射量=0.63×最大储氨量/氨吸附时间常数;(2)氨释放模式:消耗NOx质量流量=实际氨质量流量×NOx转化效率/0.37;过量NOx质量流量=实际NOx质量流量-消耗NOx质量流量;修正尿素喷射量=-0.63×最大储氨量/氨释放时间常数;上述两种模式中,实际氨质量流量和实际NOx质量流量按以下公式计算:实际氨质量流量=实际尿素喷射量/5.42;实际NOx质量流量=SCR入口NOx浓度×排气质量流量。与现有技术相比,本专利技术的技术方案所带来的有益效果是:(补充,分条描述)(1)本专利技术的基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法可以提高柴油机后处理SCR全工况的NOx转化效率,减少NOx排放,满足欧VI排放限值;(2)本专利技术的基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法可以避免SCR系统在剧烈的温度上升过程中出现氨泄漏,减少二次污染;(3)本专利技术的基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法可以在满足排放标准的情况下,节省尿素喷射量,同时缩短标定周期,提高工作效率。附图说明图1是SCR系统示意图;图2是SCR系统储氨量计算模型框图;图3是SCR系统基本尿素喷射量的计算模型框图;图4是SCR系统工作在氨吸附模式下修正尿素喷射量的计算模型框图;图5是SCR系统工作在氨释放模式下修正尿素喷射量的计算模型框图;图6是SCR系统目标储氨量控制模型框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术适用的SCR系统示意图,SCR系统包括S本文档来自技高网
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基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法

【技术保护点】
基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,根据SCR系统氨质量守恒建立储氨量计算模型,计算实际工况下SCR当前时刻的储氨量;步骤二,基于稳态实验标定出发动机NO

【技术特征摘要】
1.基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,根据SCR系统氨质量守恒建立储氨量计算模型,计算实际工况下SCR当前时刻的储氨量;步骤二,基于稳态实验标定出发动机NOx排放脉谱、排气质量流量脉谱和氨氮比脉谱,计算出基本尿素喷射量;步骤三,通过实验标定目标储氨量区域、氨吸附时间常数和氨释放时间常数,计算出修正尿素喷射量;步骤四,实际工况下,以基本尿素喷射量与修正尿素喷射量之和对尿素喷射进行控制,在排气温度突增的工况下辅以尿素缓喷和停喷,使得SCR当前时刻的储氨量逼近目标储氨量区域。2.根据权利要求1所述的基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法,其特征在于,步骤一中当前时刻的储氨量=上一时刻的储氨量+氨存储量的变化量,其数学表达式如下:其中,ASCt、ASCt-1分别为t时刻和t-1时刻的氨存储量,分别为SCR入口与出口的NH3质量流量,分别为SCR入口与出口NOx质量流量,分别为NOx和NH3的相对分子质量,fs为NH3与NOx化学反应系数。3.根据权利要求1所述的基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法,其特征在于,步骤二中基本尿素喷射量按以下公式计算:其中,为NOx质量流量...

【专利技术属性】
技术研发人员:苏万华邬斌扬孙德增刘二喜张顺凯
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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