柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正方法与系统与流程

1.本发明涉及柴油机技术领域，具体而言涉及一种柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正方法与系统。


背景技术：

2.随着大气污染防治行动计划的实施，针对柴油发动机尾气排放的治理在越来越多的国家和地区得以开展和实施。针对柴油尾气对环境的污染日益加重，多位专家和环保组织共同呼吁实施更加严格的柴油车、非道路机械和船舶排放标准，推动柴油油品清洁化，以加快城市大气污染防治进程。
3.选择性催化还原技术(scr)是针对发动机尾气排放中nox的一项处理技术，在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的nox还原成n2和h2o，有效治理和降低柴油发动机nox的排放，满足排放要求，已经成为中、大型柴油发动机尾气后处理的主要途径和发展方向。
4.发动机尾气后处理scr系统主要通过封装公司或电控系统公司对相关部件予以集成，最终形成系统供应。但针对柴油发动机尾气的scr后处理系统中，一般采用固定喷射量的方式进行控制，喷射量依靠人工输入，尾气处理效果不佳。而大功率柴油发动机组排放尾气中的有害气体浓度在实时变化，如果喷射量低则无法实时地处理有害气体；而尿素溶液如果喷射量过多，则会造成氨泄漏，二次污染环境。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种无需获取发动机运行参数的柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正方法与系统，实现scr催化反应发生偏差时实时反馈至控制系统来修正尿素喷射量。
6.根据本发明目的的第一方面提出一种柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正方法，包括：
7.步骤1、根据柴油发动机额定工况，获取额定工况下的发动机尾气体积流量；
8.步骤2、基于额定工况下的发动机尾气体积流量，计算出额定工况下对应的scr前排温条件下，所需求的尿素喷射量；
9.步骤3、采集scr前排温t和额度工况下的前排温te，计算温度变化差；
10.步骤4、基于温度变化差以用来调整scr系统的尿素喷射量；
11.步骤5、根据修正后的尿素喷射量控制设置在尿素喷射系统的管路上的第一比例阀，调整尿素溶液供应与喷射量。
12.根据本发明目的的第二方面，还提出一种柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正系统，包括：
13.scr反应器，用于对柴油发动机排放的尾气进行处理；
14.设置在scr反应器前端管路中的scr前排温传感器以及scr前氮氧传感器；
15.设置在scr反应器后端管路中的scr后排温传感器以及scr后氮氧传感器；
16.尿素喷射系统，包括尿素罐、尿素泵、第一比例阀以及喷嘴，所述尿素泵用于将尿素罐内的尿素溶液通过尿素运输管道泵送至喷嘴，经由喷嘴向scr反应器喷射所需的尿素溶液，所述第一比例阀设置在尿素运输管道上，用于控制尿素溶液的流量；
17.控制系统，被设置用于控制scr反应器以及尿素喷射系统的运行；
18.其中，所述控制系统被设置用于根据前述的修正方法，调整所述第一比例阀的开度比例，从而控制调整尿素溶液供应与喷射量。
19.其中优选的实施例中，所述尿素喷射量修正系统还包括dpf陶瓷颗粒捕捉器，设置在scr反应器的前端管路中，所述scr前排温传感器以及scr前氮氧传感器位于dpf陶瓷颗粒捕捉器与scr反应器之间。
20.其中，dpf陶瓷颗粒捕捉器的前端和后端分别设置有前端压力传感器和后端压力传感器；
21.所述尿素喷射量修正系统还设置有旁通管道，所述旁通管道设置有第二比例阀；
22.所述控制系统还被设置层用于根据所述后端压力传感器与前端压力传感器的差值达到预设阈值时，根据压差与前端压力传感器采集的尾气压力控制调整所述第二比例阀的开度。
23.作为可选的方式，所述前端压力传感器用于采集进入dpf陶瓷颗粒捕捉器前的尾气的压力值，作为第一压力值p1；后端压力传感器用于采集从dpf陶瓷颗粒捕捉器排出的尾气的压力值，作为第二压力值p2；
24.计算压差p，p＝第一压力值p1-第二压力值p2；
25.响应于压差p达到预设阈值时，判定dpf陶瓷颗粒捕捉器堵塞，则根据压差p与第一压力值p1的比例，控制所述旁通管路的第二比例阀的开度比例。
26.由于nox和nh3在scr催化器化学反应过程中受温度的影响很大，因此在本发明提出的柴油发动机尾气净化用的尿素喷射量修正系统和方法中，可根据额度工况确定基准喷射量，而发动机工况的变化会影响排温的变化，因此，利用排温的变量来补偿喷射量，最终达到了发动机全工况下的良好的排放效果。
27.因此，通过本发明的实施，可根据目标发动机参数可计算得到发动机需求的尿素溶液的目标喷射量。通过采集废气流速和管道直径(例如可通过hmi系统接口提供)计算得出废气体积流量，再根据前nox传感器采集回来的前nox浓度值，得出nox质量，再计算出需求喷射量，利用排温作为反馈信号，来修正喷射量。本发明的实施过程可以适用于不同功率的柴油机组，并且计算过程和控制策略不依赖发动机的参数，可完全自主采集数据，无需采集和依赖发动机运行参数来计算，适用性强。
28.本发明在实施过程中，在改造现有排放系统的基础上安装方便，排气管路无特定限制，排气管路直径可以直接由人机交互界面hmi输入，可以根据现场情况灵活设计，不受限制。
29.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
30.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实
施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
31.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
32.图1是本发明示例性实施例的柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正系统的示意图。
33.图2是本发明示例性实施例的柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正系统的控制系统示意图。
34.图3是本发明示例性实施例的柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正方法的流程图。
具体实施方式
35.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
36.在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
37.结合图1、2所示的示例性实施例的柴油机尾气净化用的尿素喷射量修正系统，包括沿着柴油发动机尾气排放路径依次设置的dpf陶瓷颗粒捕捉器和scr反应器，依次对尾气进行颗粒捕捉和scr反应处理后，排出至排气筒(尾气管)排放出去。
38.与scr反应器配套地设置有尿素喷射系统，包括压缩空气供应装置、尿素计量喷射装置以及喷嘴。尿素计量喷射装置包括尿素罐、尿素泵和第一比例阀。尿素泵用于将尿素罐内的尿素溶液通过尿素运输管道泵送至喷嘴，经由喷嘴向scr反应器喷射所需的尿素溶液。
39.第一比例阀设置在尿素运输管道上，用于控制尿素溶液的流量；
40.结合图1所示，尿素喷射量修正系统还设置有旁通管道，从dpf陶瓷颗粒捕捉器的前端延伸连接至scr反应器的出口端，使得尾气可以直接排放至排气筒，而不经过dpf陶瓷颗粒捕捉器以及scr反应器。
41.在本发明的实施例中，scr反应器用于对柴油发动机排放的尾气进行处理。
42.结合图1，在scr反应器前端管路中，还设置有scr前排温传感器(即温度传感器1)以及scr前氮氧传感器(即nox传感器1)。
43.在scr反应器的后端管路中，还设置了scr后排温传感器(即温度传感器2)以及scr后氮氧传感器(即(即nox传感器2)。
44.由此，可分别采集尾气经过scr反应器前后的温度和压力值。
45.控制系统，被设置用于控制scr反应器以及尿素喷射系统的运行，并且在本发明的实施例中，控制系统被设置用于根据持续监测的前排温的差值变化，调整所述第一比例阀
的开度比例，从而控制调整尿素溶液供应与喷射量。
46.在可选的实施例中，控制系统包括plc控制系统，通过高频pwm控制信号用来控制第一比例阀的开度，并且调节的占空比分辨率为万分之一。
47.其中，高频pwm控制信号的频率为8khz，实现高分辨率，高控制精度以及高可靠性，避免了普通喷嘴在高频下的喷射误差和高频下低喷射量下无法开启的情况。
48.同时，本发明的实施例的尿素量喷射修正系统中，采用闭环控制，在scr反应器前部安装前排温传感器，在scr反应器后方安装后排温传感器，根据前后排温传感器的变化来实时修正喷射量。
49.结合图1、2、3所示，控制系统被设置成根据下述过程来实现对尿素喷射的控制与调节：
50.步骤1、根据柴油发动机额定工况，获取额定工况下的发动机尾气体积流量；
51.步骤2、基于额定工况下的发动机尾气体积流量，计算出额定工况下对应的scr前排温条件下，所需求的尿素喷射量；
52.步骤3、采集scr前排温t和额度工况下的前排温te，计算温度变化差；
53.步骤4、基于温度变化差以用来调整scr系统的尿素喷射量；
54.步骤5、根据修正后的尿素喷射量控制设置在尿素喷射系统的管路上的第一比例阀，调整尿素溶液供应与喷射量。
55.其中，在步骤1中，获取额定工况下的发动机尾气体积流量，包括：
56.保持柴油发动机运行在额定工况下，采集额度工况下的尾气流速ve，从而计算出额度工况下的废气体积流量：
[0057]vfe
＝π*r2*ve[0058]
其中，v
fe
表示发动机尾气体积流量；r表示发动机尾气排放管道的半径。
[0059]
其中，在步骤2中，计算出额定工况下对应的scr前排温条件下，所需求的尿素喷射量，包括：
[0060]
根据额定工况下的发动机尾气体积流量以及scr前氮氧值，计算所需求的尿素喷射量：
[0061]
qe＝v
fe
*nu*a
[0062]
其中，qe表示额定工况下对应的scr前排温条件下所需求的尿素喷射量；nu表示scr前氮氧值；a表示发动机废气常量。
[0063]
其中，在步骤3中，基于采集的scr前排温t和额度工况下的前排温te，计算温度变化差，包括：
[0064]
温度变化差t＝t-te。
[0065]
其中，在步骤4中，基于温度变化差以用来调整scr系统的尿素喷射量，包括：
[0066]
1)当t＞te时，tn为正值，判定需要增加尿素喷射量以用来抵消由于反应效率的下降导致no
x
增加的部分，修正后的喷射量q
l
＝qe+tn*b＝v
fe
*nu*a+tn*b；
[0067]
2)当t＜te时，tn为负值，此时温度在降低，反应效率降低，no
x
前排温减少，则判定需要减少喷射量，修正后的喷射量q
l
＝qe+tn*b＝v
fe
*nu*a-tn*b；
[0068]
其中，b为额定喷射常量。
[0069]
应当理解，在可选的实施例中，发动机废气常量a与对应的柴油发动机相关，可根
据发动机的排量、额定功率和压缩比等设计参数并根据经验值确定。
[0070]
在另外的实施例中，发动机废气常量a还可以根据柴油发动机在正常工况运行时，通过多次不同的运行数据进行计算得到。应当理解，在通过测试获得参数a的过程中，尤其优选是在柴油发动机处于不同的工况条件下，例如测试多个档位条件、满载和空载工况下的运行参数，可通过经验加权或者均值处理的方式获得参数a。
[0071]
在本发明的实施例中，前述发动机尾气排放管道的半径r可基于柴油机的设计参数而获知，可基于人机交互界面hmi输入到机车系统，用于在本发明提出的尿素喷射量修正系统在计算过程中调用。
[0072]
在可选的实施例中，额定喷射常量b可根据采用发动机在额定功率的运行工况确定，即发动机在额定功率运行时，可确定其排放尾气在管道中的理想流速v’，并据此基于尾气体积流量的计算方式而确定在额定功率下的额定尾气体积流量v，并以此时的额定尾气体积流量v作为额定喷射常量b，其中：
[0073]
v＝π*r2*v’[0074]
其中，r表示发动机尾气排放管道的半径。
[0075]
由此，可确定某一个柴油发动机的额定喷射常量b。
[0076]
应当理解，在本发明的实施例中，对于某一个型号的发动机来说，其发动机废气常量a和额定喷射常量b是确定的数值。
[0077]
结合图1所示，作为优选的实施例，scr前排温传感器以及scr前氮氧传感器位于dpf陶瓷颗粒捕捉器与scr反应器之间。
[0078]
其中，dpf陶瓷颗粒捕捉器的前端和后端分别设置有前端压力传感器和后端压力传感器；
[0079]
尿素喷射量修正系统的旁通管道设置有第二比例阀；
[0080]
控制系统还被设置层用于根据后端压力传感器与前端压力传感器的差值达到预设阈值时，根据压差与前端压力传感器采集的尾气压力控制调整第二比例阀的开度比例。
[0081]
作为可选的方式，前端压力传感器用于采集进入dpf陶瓷颗粒捕捉器前的尾气的压力值，作为第一压力值p1；后端压力传感器用于采集从dpf陶瓷颗粒捕捉器排出的尾气的压力值，作为第二压力值p2；
[0082]
计算压差p，p＝第一压力值p1-第二压力值p2；
[0083]
响应于压差p达到预设阈值时，判定dpf陶瓷颗粒捕捉器堵塞，则根据压差p与第一压力值p1的比例，控制旁通管路的第二比例阀的开度比例。
[0084]
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。