[发明专利]一种基于尿素分解效率的柴油机SCR系统控制方法

说明书

技术领域

 本发明属于柴油机排气后处理技术领域，具体涉及一种基于尿素分解效率的柴油机SCR系统控制方法。

背景技术

柴油机因其良好的动力性和经济性，广泛应用于各类交通工具、工程机械和农业机械中。但是柴油机的氮氧化物（NO_x）排放是主要大气污染物之一，对环境和人类健康造成了很大的危害。通过机内净化措施降低柴油机NO_x排放的方法已经很难满足日益严格的排放法规，所以现在的研究重点转向柴油机后处理技术。而在诸多降低NO_x排放的后处理技术当中，采用氨气（NH₃）作为还原剂的选择性催化还原（SCR）是技术最有前景的技术之一，实际应用中用尿素水溶液替代NH₃。该技术通过在排气管中喷入一定浓度的尿素水溶液，与尾气混合后一同进入SCR反应器，在催化剂的作用下由尿素经热解和水解反应产生的氨气和NO_x发生氧化还原反应，生成氮气和水。

但是尿素SCR技术仍然存在一定的技术瓶颈，主要体现在尿素水溶液喷射量难以确定，喷射量不足会导致NO_x转化率太低，喷射量过大又会导致氨气泄露，造成二次污染。因此，尿素水溶液的喷射量一定要精确控制，在保证氨气泄漏量不超标的前提下，达到最大的NO_x转化率。

以往的控制方法基本思路是：首先根据柴油机工况（转速、扭矩等），通过柴油机静态MAP图得到排气总流量和排气中的NO_x浓度，从而计算出NO_x的排气流量，据此确定柴油机尿素水溶液的基本喷射量；然后对其进行稳态修正，得到稳态下的尿素水溶液喷射量。然而，因为尿素很难完全转化为NH₃，所以在得到尿素水溶液稳态喷射量之前，应该考虑尿素的分解效率。

发明内容

本发明目的在于提出尿素分解效率的概念，并以此为基础提出一种基于尿素分解效率的柴油机SCR系统控制方法。

假设在某一排气组分和排气温度下，向柴油机SCR系统中喷射一定量的尿素水溶液（尿素浓度为32.5%）实际分解得到的NH₃质量流量为m₁，等量等浓度的尿素水溶液理论上完全分解得到的NH₃质量流量为m₂，定义η= m₁/m₂为尿素分解效率。

尿素分解效率与多种因素有关，本发明将尿素分解效率用公式η=f(t, v, p)表示。其中，t、v、p分别表示排气温度、空速、尿素水溶液的喷射压力。

本发明提出的基于尿素分解效率的柴油机SCR系统控制方法，具体步骤如下：

(1)：根据柴油机转速和负荷百分比，通过柴油机静态MAP图得到柴油机排气流量和排气中NO_x的浓度；

(2)：根据步骤(1)得到的柴油机排气流量和排气中NO_x的浓度求得排气中的NO_x流量，进而根据SCR反应中NO_x和NH₃摩尔数之比以及尿素水溶液浓度，求出尿素水溶液基本喷射量Q₁；

(3)：向柴油机SCR系统中喷射尿素水溶液实际分解得到的NH₃质量流量为m₁，等量等浓度的尿素水溶液理论上完全分解得到的NH₃质量流量为m₂，定义η= m₁/m₂为尿素分解效率；通过排气温度t、空速v和尿素水溶液p喷射压力等参数，根据公式η=f(t, v, p)，求出此时的尿素分解效率η；

(4)：根据步骤(3)得到的尿素分解效率η对尿素水溶液基本喷射量Q₁进行修正，由尿素水溶液基本喷射量Q₁除以尿素分解效率η得出尿素水溶液理论喷射量Q₂，Q₂即为稳态下的尿素水溶液喷射量；