[发明专利]一种车用尿素水解SCR系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车用选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)系统控制领域，特别是涉及一种车用尿素水解SCR系统及其控制方法。

背景技术

车用尿素水解SCR系统是指安装在汽车排气系统中，通过氨气可将发动机排放出的NOx催化还原成N₂和H₂O的催化还原装置。此催化反应常用尿素水溶液做还原剂。尿素制氨有热解和水解两种技术，但现有技术只有固定源尿素水解SCR系统和车用尿素热解SCR系统的控制方法，没有专门适用于移动源即车用的尿素水解SCR系统及控制方法。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供一种车用尿素水解SCR系统及其控制方法，该方法基于发动机脉谱图(MAP图)的动态两级控制策略，使所匹配的柴油机尿素水解SCR后处理系统达到柴油车国Ⅴ的排放标准。

为获得发动机的最佳控制参数，首先要进行发动机性能试验，以获得发动机各种工况下的动力性、燃油经济性和排放性的检测数据，然后对这些数据按照一定的优化准则，采取适当的优化方法获得各个控制参数及修正系数随发动机转速和负荷等因素变化的规律，并采用三维图的形式存储于电控单元中，即MAP图，MAP图的测定方法为本领域的常规方法。在使用时，按工况查取即可。本发明的SCR系统主要应用于JX493ZLQ3型号柴油机上，针对该发动机进行性能试验，测取了NOx排放MAP、尾气温度MAP及尾气流量MAP等基础数据，制得附图1、2、3三幅MAP图。

本发明所采用的技术方案如下：一种车用尿素水解SCR系统，包括单片机以及分别与单片机连接的上游温度传感器、下游温度传感器、水解室压力传感器、水解室温度传感器、水解室液位传感器、水解室密度传感器、尿素箱密度传感器、尿素注入计量泵、尿素回流计量泵、氨气出口计量阀、整车电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)。

作为本发明的进一步改进是，所述的单片机通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)模块分别与尿素注入计量泵、尿素回流计量泵、氨气出口计量阀相连接；所述的单片机通过模拟信号/数字信号(Aanalog signals/Ddigital signals，A/D)模块分别与水解室密度传感器、水解室液位传感器、水解室压力传感器、水解室温度传感器、尿素箱密度传感器、上游温度传感器、下游温度传感器相连接；所述的单片机通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)通讯模块与整车ECU进行通信连接。

本发明同时请求保护车用尿素水解SCR系统的控制方法，该方法是基于发动机MAP图的动态两级控制，所述的发动机MAP图通过对该车用尿素水解SCR系统的发动机进行性能试验测得的数据进行优化得到；所述的动态两级控制方法，第一级是通过调节氨气出口计量阀对氨气的供给进行控制，第二级是通过调节尿素注入计量泵和尿素回流计量泵来对尿素的供给进行控制。

进一步的，所述的控制方法包括以下步骤：

A、所述的单片机首先根据整车电子控制单元传递来的发动机转速、发动机转矩百分比，查看发动机静态MAP图得到排气中的NOx浓度、排气量和排气温度，从而计算出NOx的摩尔流量；并根据催化剂转化效率、催化剂载体温度、空速对氨气基本需求量进行修正，得到每个发动机循环中NH₃需求的质量流量，并调整氨气出口计量阀开度；

B、所述的单片机通过水解室压力传感器、水解室温度传感器、水解室密度传感器分别测定出水解室内的尿素温度、尿素密度、尿素压力，据此计算出水解室内尿素溶液的质量浓度；

C、所述的单片机根据尿素溶液实时质量浓度和水解室内的液面高度，计算得到NH₃生成的质量流量，与步骤A中计算得到的NH₃需求质量流量相对比，根据结果来调节尿素注入计量泵或尿素回流计量泵开度。

进一步的，步骤A所述的NH₃需求质量流量的计算公式如下：

其中：A为单位时间内柴油机尾气的质量，B为NOx的排放值，θ为催化器的转化效率。

进一步的，步骤C所述的NH₃生成的质量流量的计算公式如下：

其中：Q_NH3为NH₃需求质量流量；w为尿素溶液质量浓度。