一种SCR装置及控制方法与流程

一种scr装置及控制方法
技术领域
1.本发明涉及发动机排放后处理控制方法技术领域，尤其涉及一种scr装置及控制方法。


背景技术：

2.发动机废气流量是scr系统尿素喷射速率计算过程中的核心参数。通常发动机的废气流量由进气流量加上油耗量两者获得，通常进气量在发动机开发过程中由台架进气流量计测量获取，油耗量在发动机开发过程中由油耗仪测量获取。在电控发动机开发过程中，将进气流量和油耗量参数标入基于转速、扭矩的控制map中，为发动机本体控制或尾气后处理系统提供控制计算边界。
3.上述获取废气流量的方法适用于新开发的电控发动机，对于市场在用的柴油机却不能适用。首先市场在用发动机很多为非电控发动机，因此，无法通过简单的通讯手段从发动机端获取废气流量参数。另外，即便是电控发动机，也需要对发动机控制器重新标定或优化才能将废气流量参数通过通讯方式发出，被scr控制器获取；对于在用发动机而言，对控制器进行改进或优化是不现实的，因此即便是电控发动机，也无法通过通讯手段从发动机端获取废气流量参数。
4.随着排放标准的不断严格，在用发电机组、船机等的改造排放升级，成为市场的迫切需求，通常需要增加scr系统才能使在用发动机的排放满足要求。废气流量作为scr系统尿素喷射速率计算过程中的核心参数，通常最直接获取烟气流量的方法是在排气管上增加废气流量计，时时测量废气流量。然而，废气流量计获取废气流量的方案有诸多的弊端，如安装布置困难、增加排气阻力、成本高等，导致改方案的适用性收到限制。
5.为了解决上述问题，本发明设计一种scr装置及控制方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种scr装置及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种scr控制方法，用于获取废弃流量参数，控制尿素喷射速率；该方法包括以下步骤：
8.s1、计算发动机空载最大进气流量v
imax
；
9.s2、计算对应工况下的最小进气流量v
min
；
10.s3、计算进气密度ρ及实际进气流量m
air
；
11.s4、计算对应工况下的实际空燃比k；
12.s5、计算燃料消耗量m
fuel
及废气流量m
exh
；
13.s6；计算最大需求尿素喷射速率r
max
及开环尿素喷射速率r
act
。
14.根据上述技术方案，在s1中，根据发动机的基础信息，将发动机的排量d和转速n通过监控箱的参数设置界面写入到scr控制箱的cpu内，用来计算发动机空载最大进气流量vimax
，计算公式为v
imax
＝d*n*0.03。
15.根据上述技术方案，在s2中，基于前排温传感器识别发动工况，通过监控箱的参数设置界面，将不同发动机工况下的充量系数tf写入到scr控制箱的cpu内，对应工况下的最小进气流量v
min
＝v
imax
*tf。
16.根据上述技术方案，在s3中，基于前排温传感器识别工况，通过监控箱的参数设置界面，将不同发动机工况下的进气压力p和进气温度t写入到scr控制箱的cpu内。基于进气压力p和进温度t计算进气密度其中ρ0、t0和p0为标况下的空气密度、温度和压力，t和p为对应工况下的进气温度和进气压力，最终得到实际进气流量m
air
＝v
min
*ρ。
17.根据上述技术方案，实际进气流量除了通过s1、s2和s3方法步骤获取，还可以直接通过进气流量计获取。
18.根据上述技术方案，在s4中，基于前氮氧传感器获取废气中的o2浓度μ，计算得到该工况下的实际空燃比k，实际空燃比其中j为理论空燃比。
19.根据上述技术方案，在s5中，基于空燃比k和实际进气流量m
air
计算得到燃料消耗量m
fuel
，其中燃料消耗量，m
fuel
＝m
air
/k，最后进气质量流量+燃料消耗量得到废气流量m
exh
＝m
air
+m
fuel
。
20.根据上述技术方案，在s6中，基于计算所得的废气流量和前氮氧传感器实测的氮氧浓度，计算最大需求尿素喷射速率r
max
＝m
exh
*n*2.05*1.429*10-6
；其中n为nox体积浓度。通过监控箱的参数设置界面，基于前排温传感器将发动机不同工况下的nox需求效率te写入到scr控制箱的cpu内，计算实际开环尿素喷射速率r
act
＝r
max
*te。
21.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
22.1、本发明设计的scr装置及控制方法不需要从发动控制器取信号，适用于与发电机组领域的改造项目。
23.2、本发明实际的scr装置及控制方法能够实时采集数据，精准计算废气流量，对scr系统进行状态管理，按照实际需求，控制尿素溶液喷射速率。
附图说明
24.下面参照附图，详细说明本发明的具体实施方式：
25.图1为本发明scr装置的整体结构示意图；
26.图2为本发明scr控制方法的进气流量计算策略图；
27.图3为本发明scr控制方法的油耗量和尿素喷射速率计算策略图；
28.图中：1、尿素箱；2、压缩空气罐；3、尿素计量箱；4、控制箱；5、监控箱；6、进气流量计；7、前排温传感器；8、前氮氧传感器；9、尿素喷枪；10、尿素混合管；11、scr反应器；12、后排温传感器；13、后氮氧传感器。
具体实施方式
29.下面参照附图，详细说明本发明的具体实施方式：
30.如图1为scr装置，所述尿素箱1和压缩空气罐2分别通过尿素吸也管和进气管与尿素计量箱3相连；尿素喷枪9固定在尿素混合管10上，喷射孔朝向scr反应器11，并通过尿素
喷射管与尿素计量箱3相连。
31.进气流量计6布置在发动机进气管上；前排温传感器7和前氮氧传感器8布置在尿素混合管10上，并位于尿素喷枪9的上游；后排温传感器12和后氮氧传感器13布置在scr反应器11的后端。
32.进气流量计6、前排温传感器7、前氮氧传感器8、后排温传感器12和后氮氧传感器13的信号引入控制箱4作为scr系统控制边界。
33.控制箱4内集成了cpu，监控箱5具备核心参数监测、参数设置和标定功能；监控箱5和控制箱4之间可通讯，监控箱5参数设置、标定界面上输入的参数可通讯给scr控制箱4内的cpu作为控制计算的输入边界，cpu内运行的关键参数也可在监控箱5监测界面上显示。
34.scr系统工作过程中，控制箱4采集传感器信息和来自监控箱4的参数、控制喷射系统状态、计算尿素喷射速率，驱动尿素计量箱3内的电磁阀开启气路、控制计量泵从尿素箱1内抽取尿素溶液。在尿素喷枪9的后端，尿素溶液和压缩空气汇合，压缩空气将尿素水溶液雾化成尿素液滴喷入尿素混合管10，在尿素混合管10里边尿素液滴与高温废气混合、吸热、分解成本nh3。在scr反应器11内nh3与废气中的nox发生反应生成n2，从而降低nox的排放。
35.一种scr控制方法，该方法包括以下步骤：
36.s1、计算发动机空载最大进气流量v
imax
；
37.s2、计算对应工况下的最小进气流量v
min
；
38.s3、计算进气密度ρ及实际进气流量m
air
；
39.s4、计算对应工况下的实际空燃比k；
40.s5、计算燃料消耗量m
fuel
及废气流量m
exh
；
41.s6；计算最大需求尿素喷射速率r
max
及开环尿素喷射速率r
act
。
42.在s1中，根据发动机的基础信息，将发动机的排量d和转速n通过监控箱5的参数设置界面写入到scr控制箱(4)的cpu内，用来计算发动机空载最大进气流量v
imax
，计算公式为v
imax
＝d*n*0.03。
43.如图2所示，在s2中，基于前排温传感器7识别发动工况，通过监控箱(5)的参数设置界面，将不同发动机工况下的充量系数tf写入到scr控制箱(4)的cpu内，对应工况下的最小进气流量v
min
＝v
imax
*tf。
44.如图2所示，在s3中，基于前排温传感器(7)识别工况，通过监控箱(5)的参数设置界面，将不同发动机工况下的进气压力p和进气温度t写入到scr控制箱(4)的cpu内。基于进气压力p和进温度t计算进气密度其中ρ0、t0和p0为标况下的空气密度、温度和压力，t和p为对应工况下的进气温度和进气压力，最终得到实际进气流量m
air
＝v
min
*ρ。
45.如图2所示，实际进气流量除了通过s1、s2和s3方法步骤获取，还可以直接通过进气流量计6获取。
46.在s4中，基于前氮氧传感器(8)获取废气中的o2浓度μ，计算得到该工况下的实际空燃比k，实际空燃比其中j为理论空燃比。
47.如图3所示，在s5中，基于空燃比k和实际进气流量m
air
计算得到燃料消耗量m
fuel
，其中燃料消耗量，m
fuel
＝m
air
/k，最后进气质量流量+燃料消耗量得到废气流量m
exh
＝m
air
+m
fuel
；计算燃料消耗量和废气流量的实际进气流量mair可以来自策略计算值，也可以进气
流量计实测值。
48.在s6中，基于计算所得的废气流量和前氮氧传感器(8)实测的氮氧浓度，计算最大需求尿素喷射速率r
max
＝m
exh
*n*2.05*1.429*10-6
，其中n为nox体积浓度。通过监控箱(5)的参数设置界面，基于前排温传感器(7)将发动机不同工况下的nox需求效率te写入到scr控制箱(4)的cpu内，计算实际开环尿素喷射速率r
act
＝r
max
*te。
49.以上描述了本发明的基本原理和主要特征。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，这些变化和改进都是本发明的保护范围。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种scr控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：s1、计算发动机空载最大进气流量v
imax
；s2、计算对应工况下的最小进气流量v
min
；s3、计算进气密度ρ及实际进气流量m
air
；s4、计算对应工况下的实际空燃比k；s5、计算燃料消耗量m
fuel
及废气流量m
exh
；s6；计算最大需求尿素喷射速率r
max
及开环尿素喷射速率r
act
。2.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：在s1中，根据发动机的基础信息，将发动机的排量d和转速n通过监控箱(5)的参数设置界面写入到scr控制箱(4)的cpu内，用来计算发动机空载最大进气流量v
imax
，计算公式为v
imax
＝d*n*0.03。3.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：在s2中，基于前排温传感器(7)识别发动工况，通过监控箱(5)的参数设置界面，将不同发动机工况下的充量系数t
f
写入到scr控制箱(4)的cpu内，对应工况下的最小进气流量v
min
＝v
imax
*t
f
。4.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：在s3中，基于前排温传感器(7)识别工况，通过监控箱(5)的参数设置界面，将不同发动机工况下的进气压力p和进气温度t写入到scr控制箱(4)的cpu内，基于进气压力p和进温度t计算进气密度其中ρ0、t0和p0为标况下的空气密度、温度和压力，t和p为对应工况下的进气温度和进气压力，最终得到实际进气流量m
air
＝v
min
*ρ。5.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：实际进气流量除了通过s1、s2和s3方法步骤获取，还可以直接通过进气流量计(6)获取。6.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：在s4中，基于前氮氧传感器(8)获取废气中的o2浓度μ，计算得到该工况下的实际空燃比k，实际空燃比其中j为理论空燃比。7.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：在s5中，基于空燃比k和实际进气流量m
air
计算得到燃料消耗量m
fuel
，其中燃料消耗量，m
fuel
＝m
air
/k，最后进气质量流量+燃料消耗量得到废气流量m
exh
＝m
air
+m
fuel
。8.根据权利要求1所述的一种scr控制方法，其特征在于：在s6中，基于计算所得的废气流量和前氮氧传感器(8)实测的氮氧浓度，计算最大需求尿素喷射速率r
max
＝m
exh
*n*2.05*1.429*10-6
；其中n为nox积浓度；通过监控箱(5)的参数设置界面，基于前排温传感器(7)将发动机不同工况下的nox需求效率te写入到scr控制箱(4)的cpu内，计算实际开环尿素喷射速率r
act
＝r
max
*t
e
。9.采用权利要求1所述的一种scr装置，其特征在于，控制箱(4)内集成了cpu，监控箱(5)具备核心参数监测、参数设置和标定功能；监控箱(5)和控制箱(4)之间可通讯，监控箱(5)参数设置、标定界面上输入的参数可通讯给scr控制箱(4)内的cpu作为控制计算的输入边界，cpu内运行的关键参数也可在监控箱(5)监测界面上显示。

技术总结
本发明公开了一种SCR装置及控制方法，涉及发动机排放后处理技术领域。主要包含控制箱、监控箱、传感器及泵阀等。控制箱和监控箱之间可通讯，控制箱可采集传感器参数、控制泵阀等硬件状态。监控箱界面上可设置和标定控制变量，并传输给控制箱作为控制系统的边界条件，同时监测SCR系统运行关键参数。SCR系统运行过程中，控制箱基于前排温识别发动机工况，在监控箱上基于此参数对进气温度、压力和充量系数进行标定，并根据发动机信息设定排量和转速参数，计算进气流量。基于废气O2浓度计算空燃比，并结合进气流量反算燃料消耗量，计算出SCR控制系统的核心参数废气流量。基于SCR前排气温度对需求NOx效率进行标定，最后基于计算的废气流量、实测的NOx浓度和标定的需求NOx效率计算开环尿素喷射速率。算开环尿素喷射速率。算开环尿素喷射速率。


技术研发人员：崔建光 黄圣浩
受保护的技术使用者：上海创怡环境技术有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/6/27