專利名稱：柴油機(jī)固體scr控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及SCR控制系統(tǒng)，具體涉及一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，屬于汽車排放控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球機(jī)動(dòng)車產(chǎn)量和保有量的迅猛增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車污染己成為大氣污染的主要來(lái)源。尤其是機(jī)動(dòng)車密度較大的地區(qū)，機(jī)動(dòng)車排放污染給城市環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，采取切實(shí)可行的措施降低機(jī)動(dòng)車排放污染是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提。柴油機(jī)的HC和CO排放較少，重點(diǎn)控制的排放物是微粒PM和NOx (氮氧化合物)。
而采用傳統(tǒng)的機(jī)內(nèi)凈化措施很難解決PM和NOx 二者之間的折中關(guān)系，且許多機(jī)內(nèi)凈化措施以犧牲發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)。因此，僅依靠機(jī)內(nèi)凈化措施已不能滿足歐IV及以上排放法規(guī)要求，采用SCR、DPF等后處理技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)的選擇。而結(jié)合優(yōu)化缸內(nèi)燃燒降低微粒排放的尿素選擇性催化還原(即SCR,全稱為Selective Catalytic Reduction)技術(shù),能夠在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率前提下，大幅度降低NOx排放，且對(duì)燃油中的硫含量不敏感，因而越來(lái)越受到人們的關(guān)注。采用SCR凈化方案的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗可節(jié)省5% 7%，扣除尿素的費(fèi)用，該方案還有節(jié)油2% 3%的優(yōu)勢(shì)。目前北京近3萬(wàn)多輛公交車中已有I萬(wàn)多輛裝備了符合歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)，均采用了 SCR技術(shù)降低NOx排放。因?yàn)橐后w氨的腐蝕性比較強(qiáng)，并且有較強(qiáng)的刺激性氣味，在車用柴油機(jī)上通常使用尿素SCR降低NOx的排放。根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行工況，將濃度為32. 5%的尿素水溶液定量噴射到排氣管中，在排氣高溫作用下，尿素首先經(jīng)熱解和水解反應(yīng)分解出NH3,然后在SCR催化劑的作用下，NH3和NOx發(fā)生還原反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化為N2。尿素SCR系統(tǒng)在排氣溫度低于200°C時(shí)無(wú)法發(fā)揮作用，并且在排氣溫度高于200°C以上時(shí)，也可能有部分尿素不能水解為NH3,實(shí)際尿素水解為氨的比例存在很大的不確定性。盡管催化劑設(shè)計(jì)者已經(jīng)能夠?qū)CR催化劑的起燃溫度降低到150°C左右，但由于尿素水解對(duì)溫度的要求，實(shí)際尿素SCR系統(tǒng)起作用的最低排氣溫度在200°C以上，因此目前在實(shí)際柴油車上尿素噴射條件是催化劑前溫度至少高于200°C。在實(shí)際使用中，特別是在城市公交車較低的排氣溫度條件下，使用尿素SCR系統(tǒng)的公交車在大部分時(shí)間里，SCR系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮作用，導(dǎo)致實(shí)際NOx排放高于排放限值。在溫度低于-irC時(shí)，尿素水溶液結(jié)冰，所以在尿素溶液罐中，需要設(shè)計(jì)專門的加熱裝置，以保證尿素系統(tǒng)能夠在寒冷的冬季仍然能夠工作。為了能夠使噴射的尿素水溶液在排氣氣流中分布均勻，還應(yīng)設(shè)計(jì)專門的混和器。尿素SCR系統(tǒng)的體積相對(duì)較大，限制了該技術(shù)在輕型柴油車上的應(yīng)用。另外在排氣溫度高于380°C時(shí)，噴入排氣氣流中的尿素水溶液可能快速脫水轉(zhuǎn)變成三聚氰酸沉積物堵塞排氣管路，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)背壓增力口，功率下降，油耗上升。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，將NH3以固態(tài)形式保存在密閉的容器中，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，固態(tài)形式的NH3釋放氨氣，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求，將一定量氨氣噴入排氣管，在催化器內(nèi)還原柴油機(jī)排氣中的NOx，從而大大縮小尿素SCR系統(tǒng)的體積，并降低了實(shí)際系統(tǒng)的起燃溫度。本發(fā)明的柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)包括氨氣供給系統(tǒng)、氨氣噴射控制系統(tǒng)、CAN通訊線路和催化器；其中氨氣供給系統(tǒng)包括氨貯存器和調(diào)壓閥；氨氣噴射控制系統(tǒng)包括SCR控制器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量計(jì)量控制單元、噴嘴、催化器上游溫度傳感器、催化器下游溫度傳感器和NOx傳感器。外圍設(shè)備為柴油機(jī)ECM、柴油機(jī)、排氣管路、冷卻液管路。其連接關(guān)系為SCR控制器設(shè)有CAN通訊接口，與柴油機(jī)ECM通過(guò)CAN通訊線路交換數(shù)據(jù)。柴油機(jī)ECM與安裝在柴油機(jī)上的傳感器和執(zhí)行器相連，SCR控制器通過(guò)CAN通訊線路從柴油機(jī)ECM中獲取轉(zhuǎn)速和噴油量。柴油機(jī)通過(guò)冷卻液管路與氨貯存器相連，其中冷卻液管路包括進(jìn)水管路和出水管路，以實(shí)現(xiàn)冷卻液的循環(huán)使用。NH3以固態(tài)形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器中，在氨貯存器上設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)氨貯存器內(nèi)的溫
度和壓力。氨貯存器的另一端通過(guò)連接管路依次與調(diào)壓閥和流量計(jì)量控制單元相連，流量計(jì)量控制單元通過(guò)連接管路與噴嘴相連；所述噴嘴位于柴油機(jī)的排氣管路內(nèi)，在排氣管路上設(shè)置有催化器，其中噴嘴位于催化器的上游。在排氣管路上設(shè)置催化器上游溫度傳感器和催化器下游溫度傳感器；在排氣管路上催化器的下游設(shè)置NOx傳感器。以上所述所有傳感器均接入SCR控制器，流量計(jì)量控制單元與SCR控制器互連。該系統(tǒng)的工作流程為在常溫下將NH3以固態(tài)形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器中，當(dāng)柴油機(jī)開始工作后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液經(jīng)冷卻液管路對(duì)氨貯存器加熱，將固態(tài)氨以氨氣形式釋放出來(lái)，并儲(chǔ)存在氨貯存器中。SCR控制器分別通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器監(jiān)測(cè)氨貯存器的溫度和壓力，氨氣經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后的壓力穩(wěn)定在O. 25MPa O. 3MPa。當(dāng)催化器下游溫度傳感器檢測(cè)的溫度值高于設(shè)定值(該溫度設(shè)定值與催化器催化效率有關(guān))時(shí)，SCR控制器計(jì)算當(dāng)前工況下所需的氨氣噴射量，向流量計(jì)量控制單元發(fā)送氨氣流量控制信號(hào)，流量計(jì)量控制單元依據(jù)接收到的氨氣流量控制信號(hào)控制供入噴嘴的氨氣量，氨氣經(jīng)噴嘴噴入柴油機(jī)排氣管后，在催化器內(nèi)還原柴油機(jī)排氣中的NOx，同時(shí)SCR控制器接受流量計(jì)量控制單元發(fā)送的氨氣實(shí)際流量信號(hào)，將氨氣實(shí)際流量與計(jì)算得到的所需的氨氣噴射量進(jìn)行比較，從而對(duì)氨氣噴射量進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使氨氣實(shí)際流量與計(jì)算得到的所需的氨氣噴射量保持一致。當(dāng)催化器下游溫度傳感器檢測(cè)的溫度值低于設(shè)定值時(shí)，SCR控制器向流量計(jì)量控制單元發(fā)送停止噴射氨氣的信號(hào)，流量計(jì)量控制單元控制噴嘴停止噴射氨氣。NOx傳感器監(jiān)測(cè)經(jīng)催化器后的NOx排放量，以診斷催化器的工作狀況。在SCR控制器中存儲(chǔ)有由柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(由噴油量表征)確定的柴油機(jī)NOx排放濃度脈譜；由柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(由噴油量表征)確定的柴油機(jī)排氣流量脈譜；由催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度值和催化器的空速確定的催化器NOx轉(zhuǎn)換效率脈譜；柴油機(jī)的排氣溫度與NOx濃度的修正系數(shù)表。則所述氨氣噴射量的計(jì)算過(guò)程為步驟一當(dāng)柴油機(jī)開始工作后，SCR控制器從柴油機(jī)ECM中獲取柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴油量，并依據(jù)柴油機(jī)NOx排放濃度脈譜得到當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下柴油機(jī)排氣中NOx濃度的預(yù)測(cè)值；同時(shí)SCR控制器通過(guò)催化器上游溫度傳感器檢測(cè)柴油機(jī)的排氣溫度；查找排氣溫度與NOx濃度的修正系數(shù)表得到當(dāng)前排氣溫度下NOx濃度的修正系數(shù)，將NOx濃度的預(yù)測(cè)值與查得的修正系數(shù)相乘得到柴油機(jī)排氣中NOx的濃度。步驟二 SCR控制器依據(jù)步驟一中獲取的柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴油量，并根據(jù)柴油機(jī)排氣流量脈譜得到在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下柴油機(jī)的排氣量。步驟三SCR控制器將步驟一中得到的柴油機(jī)排氣中NOx的濃度及步驟二中獲取的柴油機(jī)的排氣量相乘，得到在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下柴油機(jī)排氣中NOx的排放量。步驟四SCR控制器通過(guò)催化器上游溫度傳感器和催化器下游溫度傳感器檢測(cè)催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度，當(dāng)催化器下游溫度傳感器檢測(cè)的溫度值高于設(shè)定值時(shí)，SCR控制器將催化器上游溫度傳感器的檢測(cè)值作為催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度值。SCR控制器依據(jù)催化器的空速和檢測(cè)到的催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度值，通過(guò)催化器NOx轉(zhuǎn)換效率脈譜得到催化器的轉(zhuǎn)換效率；所述催化器的空速為步驟二中得到的柴油機(jī)的排氣量與催化器的容積之比；所述轉(zhuǎn)換效率為在催化器內(nèi)能夠被還原凈化的NOx量占催化器內(nèi)NOx總量的比例。步驟五SCR控制器依據(jù)步驟三得到的柴油機(jī)的NOx排放量及步驟四中得到的催 化器的轉(zhuǎn)換效率，計(jì)算當(dāng)前工況下催化器能夠催化凈化的NOx排放量，并依據(jù)NH3和NOx的還原反應(yīng)關(guān)系計(jì)算所需的氨氣噴射量，以防止氨氣泄漏。所述步驟一中，在SCR控制器中存儲(chǔ)由柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴油量以及柴油機(jī)的排氣溫度確定的柴油機(jī)NOx排放濃度三維脈譜；當(dāng)柴油機(jī)開始工作后，SCR控制器從柴油機(jī)ECM中獲取柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴油量，同時(shí)通過(guò)催化器上游溫度傳感器檢測(cè)柴油機(jī)的排氣溫度；然后依據(jù)柴油機(jī)NOx排放濃度三維脈譜計(jì)算柴油機(jī)排氣中NOx的濃度。所述固態(tài)形式的NH3為金屬氨絡(luò)物或氨基甲酸銨。有益效果(I)固體SCR控制系統(tǒng)中NH3產(chǎn)生過(guò)程無(wú)需熱解和水解反應(yīng)，直接將氣態(tài)NH3噴入排氣管，不存在尿素SCR系統(tǒng)的排氣管路結(jié)晶問(wèn)題，不會(huì)在排氣管路中產(chǎn)生沉積物；(2)固體SCR控制系統(tǒng)將氣態(tài)NH3直接噴射到排氣氣流中與NOx發(fā)生反應(yīng)，NH3噴射量控制更為精確，且能夠有效降低SCR系統(tǒng)的起燃溫度，改善柴油車的低溫排放性能；(3)固體SCR系統(tǒng)不存在尿素水溶液在低溫下(-11°C)結(jié)冰的缺陷，不需要設(shè)計(jì)專門的尿素水溶液加熱系統(tǒng)，有利于在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)使用；(4)與尿素SCR系統(tǒng)相比，在攜帶相同劑量的還原劑NH3的條件下，固體SCR系統(tǒng)可有效縮減SCR系統(tǒng)的體積，利于推廣應(yīng)用到輕型柴油車上。


圖I為本發(fā)明的柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2為固體SCR控制系統(tǒng)氨氣噴射量計(jì)算框圖。其中，I-柴油機(jī)ECM (電子控制單元)，2_CAN通訊線路，3-SCR控制器，4-柴油機(jī)，
5-氨貯存器，6-溫度傳感器，7-壓力傳感器，8-調(diào)壓閥，9-流量計(jì)量控制單元，10-噴嘴，11-溫度傳感器，12-催化器，13-溫度傳感器，14-NOx傳感器，15-排氣管路，16-冷卻液管路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
本實(shí)施例提供一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)能夠解決目前柴油機(jī)尿素SCR系統(tǒng)低溫條件下NOx凈化效率低、排氣管路結(jié)晶、低溫結(jié)冰等問(wèn)題，有效地降低柴油機(jī)NOx排放。圖I所示為柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氨氣供給系統(tǒng)、氨氣噴射控制系統(tǒng)、CAN通訊線路2和催化器12。其中氨氣供給系統(tǒng)包括氨貯存器5和調(diào)壓閥8 ;氨氣噴射控制系統(tǒng)包括SCR控制器3、溫度傳感器6、壓力傳感器7、流量計(jì)量控制單元9、噴嘴10、催化器上游溫度傳感器11、催化器下游溫度傳感器13和NOx傳感器14。外圍設(shè)備為柴油機(jī)ECM1、柴油機(jī)4、排氣管路15、冷卻液管路16。其連接關(guān)系為SCR控制器3設(shè)有CAN通訊接口，與柴油機(jī)ECMl通過(guò)CAN通訊線路2交換數(shù)據(jù)。柴油機(jī)ECMl與安裝在柴油機(jī)4上的各種傳感器和執(zhí)行器相連，柴油機(jī)ECMl通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器、油門位置傳感器等信號(hào)監(jiān)測(cè)柴油機(jī)4的工作狀態(tài)，控制柴油機(jī)4的噴油
量等參數(shù)。柴油機(jī)4通過(guò)冷卻液管路16與氨貯存器5相連，其中冷卻液管路16包括進(jìn)水管路和出水管路，以實(shí)現(xiàn)冷卻液的循環(huán)使用。NH3以金屬氨絡(luò)物(簡(jiǎn)稱銨鹽)或氨基甲酸銨的形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器5中，在氨貯存器5上設(shè)置有溫度傳感器6和壓力傳感器7，用于監(jiān)測(cè)氨貯存器5內(nèi)的溫度和壓力。氨貯存器5的另一端依次通過(guò)調(diào)壓閥8和流量計(jì)量控制單元9與噴嘴10相連。所述噴嘴10位于柴油機(jī)4的排氣管路15內(nèi)，在排氣管路15上設(shè)置有催化器12，其中噴嘴10位于催化器12的上游。在排氣管路15上設(shè)置催化器上游溫度傳感器11和催化器下游溫度傳感器13。在排氣管路15上催化器12的下游設(shè)置NOx傳感器14。以上所述所有傳感器和流量計(jì)量控制單元9均接入SCR控制器3。本實(shí)施例中將NH3以金屬氨絡(luò)物或氨基甲酸銨的形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器5中。典型的金屬氨絡(luò)物以Sr (NH3)8Cl2為例，一個(gè)二氯化鍶分子可以絡(luò)合8個(gè)NH3分子，在常溫下形成金屬氨絡(luò)物Sr (NH3)8Cl2，在溫度高于80°C (采用冷卻液管路16進(jìn)行加熱)時(shí)，可以釋放出7個(gè)NH3，在接近150°C時(shí)，再釋放出另外一個(gè)NH3。當(dāng)溫度降低后，已經(jīng)釋放出的NH3能夠重新與SrCl2形成氨鹽以固態(tài)形式儲(chǔ)存起來(lái)。而氨基甲酸銨在溫度低于60°C時(shí)以固態(tài)形式存在，加熱到80°C以上就可以將儲(chǔ)存的NH3釋放出來(lái)。采用金屬氨絡(luò)物或氨基甲酸銨，其NH3密度比尿素大，在柴油機(jī)上作為NOx的還原劑使用，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)的工作流程為在常溫下將NH3以金屬氨絡(luò)物或氨基甲酸銨的形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器5中，當(dāng)柴油機(jī)4開始工作后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液經(jīng)冷卻液管路16，對(duì)氨貯存器5加熱，金屬氨絡(luò)物或氨基甲酸銨溫度升高后將NH3以氣體形式釋放出來(lái)，并儲(chǔ)存在氨貯存器5中。SCR控制器3通過(guò)溫度傳感器6和壓力傳感器7監(jiān)測(cè)氨貯存器5的溫度和壓力，氣體NH3經(jīng)調(diào)壓閥8調(diào)壓，穩(wěn)定在O. 25MPa O. 3MPa。當(dāng)催化器下游溫度傳感器13檢測(cè)的溫度值高于設(shè)定值時(shí)(該設(shè)定值與催化劑的轉(zhuǎn)化效率有關(guān))，SCR控制器3依據(jù)計(jì)算得到的當(dāng)前工況下所需的氨氣噴射量，向流量計(jì)量控制單元9發(fā)送氨氣流量控制信號(hào)，流量計(jì)量控制單元9依據(jù)接收到的氨氣流量控制信號(hào)控制供入噴嘴10的氨氣量，氨氣經(jīng)噴嘴10噴入柴油機(jī)排氣管15后，在催化器12內(nèi)還原柴油機(jī)4排氣中的NOx，同時(shí)SCR控制器3接受流量計(jì)量控制單元9發(fā)送的氨氣實(shí)際流量信號(hào)，將氨氣實(shí)際流量與計(jì)算得到的所需的氨氣噴射量進(jìn)行比較，從而對(duì)氨氣噴射量進(jìn)行反饋控制，使氨氣實(shí)際流量與計(jì)算得到的所需的氨氣噴射量保持一致；當(dāng)催化器下游溫度傳感器13檢測(cè)的溫度值低于設(shè)定值時(shí)，SCR控制器3向流量計(jì)量控制單元9發(fā)送停止噴射氨氣的信號(hào)，流量計(jì)量控制單元9控制噴嘴10停止噴射氨氣。NOx傳感器14監(jiān)測(cè)催化器12后的NOx排放，以診斷催化器的工作狀況。所述氨氣噴射流量的計(jì)算過(guò)程為(如圖2所示)步驟一當(dāng)柴油機(jī)4開始工作后，SCR控制器3從柴油機(jī)ECMl中獲取柴油機(jī)4的轉(zhuǎn)速和噴油量等信息，同時(shí)SCR控制器3通過(guò)催化器上游溫度傳感器11檢測(cè)柴油機(jī)4的排氣溫度。SCR控制器3依據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的由轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(以噴油量信號(hào)表征)參數(shù)確定的柴油機(jī)NOx排放濃度脈譜計(jì)算柴油機(jī)4在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的NOx排放濃度預(yù)測(cè)值，同時(shí)SCR控制器3通過(guò)催化器上游溫度傳感器11檢測(cè)柴油機(jī)4的排氣溫度；將上述計(jì)算的排氣中NOx濃度的預(yù)測(cè)值乘以當(dāng)前溫度條件下的修正系數(shù)得到柴油機(jī)4排氣中NOx的濃度；步驟二 SCR控制器3依據(jù)步驟一中獲取的柴油機(jī)4的轉(zhuǎn)速和噴油量信號(hào)，并根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的由轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(以噴油量信號(hào)表征)參數(shù)確定的柴油機(jī)排氣流量脈譜計(jì)算柴油機(jī)4在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的排氣流量；步驟三SCR控制器3將步驟一中得到的柴油機(jī)4的NOx排放濃度及步驟二中獲取的柴油機(jī)4的排氣流量相乘，得到柴油機(jī)4在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下排氣中NOx的排放量；步驟四SCR控制器3通過(guò)催化器上游溫度傳感器11和催化器下游溫度傳感器13檢測(cè)催化器12中催化劑的溫度，并依據(jù)步驟二中計(jì)算得到的柴油機(jī)4的排氣流量計(jì)算催化器的空速，所述催化器的空速為柴油機(jī)4的排氣流量與催化器容積之比；SCR控制器3根據(jù)其內(nèi)部存儲(chǔ)的由催化劑溫度及催化器的空速確定的催化器的NOx轉(zhuǎn)換效率脈譜計(jì)算催化器12的轉(zhuǎn)換效率，所述轉(zhuǎn)換效率為柴油機(jī)某工況下在SCR催化器內(nèi)被還原凈化的NOx量占NOx總量的比例；步驟五SCR控制器3依據(jù)步驟三得到的柴油機(jī)4的NOx排放量及步驟四中得到的催化器12的轉(zhuǎn)換效率，計(jì)算該工況下催化器能夠催化凈化的NOx排放量，由此計(jì)算所需的氨氣噴射量，以防止氨氣過(guò)量造成氨氣從排氣系統(tǒng)排出。按照催化劑的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，供入的還原劑NH3首先吸附在催化劑表面的活性位上，還有一部分NH3吸附在催化劑非活性位上，而這一部分的NH3是不能直接參與NOx氧化還原反應(yīng)的，因此這一部分NH3會(huì)儲(chǔ)存在催化劑表面上(涂層或載體)，這就是所謂的催化劑儲(chǔ)氨特性。由于催化劑具有儲(chǔ)氨特性，噴入排氣氣流中的一部分NH3會(huì)儲(chǔ)存在催化器內(nèi)部，并且工作過(guò)程中又不斷有NH3釋放出來(lái)，催化器溫度越低則儲(chǔ)氨特性越顯著，因此對(duì)氨氣噴射量控制有一定的影響，尤其是當(dāng)柴油機(jī)處于瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)，氨氣噴射量控制策略需考慮催化劑儲(chǔ)氨特性對(duì)氨氣噴射量的影響，以提高NOx的凈化效率并減少NH3泄漏。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，外圍設(shè)備為柴油機(jī)ECM (I)、柴油機(jī)(4)、排氣管路(15)、冷卻液管路(16);其特征在于，該系統(tǒng)包括氨氣供給系統(tǒng)、氨氣噴射控制系統(tǒng)、CAN通訊線路(2)和催化器(12);其中氨氣供給系統(tǒng)包括氨貯存器(5)和調(diào)壓閥(8);氨氣噴射控制系統(tǒng)包括SCR控制器(3)、溫度傳感器(6)、壓力傳感器(7)、流量計(jì)量控制單元(9)、噴嘴(10)、催化器上游溫度傳感器(11)、催化器下游溫度傳感器(13)和NOx傳感器(14)； 其連接關(guān)系為SCR控制器(3)設(shè)有CAN通訊接口，與柴油機(jī)ECM (I)通過(guò)CAN通訊線路(2)交換數(shù)據(jù)；柴油機(jī)ECM (I)與安裝在柴油機(jī)(4)上的傳感器和執(zhí)行器相連，SCR控制器(3)通過(guò)CAN通訊線路(2)從柴油機(jī)ECM (I)中獲取柴油機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速和噴油量；柴油機(jī)(4)通過(guò)冷卻液管路(16)與氨貯存器(5)相連，其中冷卻液管路(16)包括進(jìn)水管路和出水管路；NH3以固態(tài)形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器(5)中，在氨貯存器(5)上設(shè)置有溫度傳感器(6)和壓力傳感器(7)，用于監(jiān)測(cè)氨貯存器(5)內(nèi)的溫度和壓力；氨貯存器(5)的另一端通過(guò)連接管路依次與調(diào)壓閥(8 )和流量計(jì)量控制單元(9 )相連，流量計(jì)量控制單元(9 )通過(guò)連接管路與噴嘴(10)相連；所述噴嘴(10)位于柴油機(jī)(4)的排氣管路(15)內(nèi)，在排氣管路(15)上設(shè)置有催化器(12)，其中噴嘴(10)位于催化器(12)的上游；在排氣管路(15)上設(shè)置催化器上游溫度傳感器(11)和催化器下游溫度傳感器(13);在排氣管路(15)上催化器(12)的下游設(shè)置NOx傳感器(14);以上所述所有傳感器均接入SCR控制器(3)，流量計(jì)量控制單元(9)與SCR控制器(3)互連。
2.如權(quán)利要求I所述的一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的工作流程為在常溫下將NH3以固態(tài)形式儲(chǔ)存在密閉的氨貯存器(5)中；當(dāng)柴油機(jī)(4)開始工作后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液經(jīng)冷卻液管路(16)對(duì)氨貯存器(5)加熱，將固態(tài)NH3以氨氣形式釋放出來(lái)，并儲(chǔ)存在氨貯存器(5 )中；SCR控制器(3 )分別通過(guò)溫度傳感器(6 )和壓力傳感器(7 )檢測(cè)氨貯存器(5)內(nèi)氨氣的溫度和壓力，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氨貯存器(5)內(nèi)的氨氣量；氨氣經(jīng)調(diào)壓閥(8)調(diào)壓，穩(wěn)定在設(shè)定的工作范圍內(nèi)；當(dāng)催化器下游溫度傳感器(13)檢測(cè)的溫度值高于設(shè)定值時(shí)，SCR控制器(3)依據(jù)當(dāng)前工況下所需的氨氣噴射量，向流量計(jì)量控制單元(9)發(fā)送氨氣流量控制信號(hào)，流量計(jì)量控制單元(9)依據(jù)接收到的氨氣流量控制信號(hào)控制供入噴嘴(10)的氨氣量，氨氣經(jīng)噴嘴(10)噴入柴油機(jī)排氣管(15)后，在催化器(12)內(nèi)還原柴油機(jī)(4)排氣中的NOx ;同時(shí)SCR控制器(3)接收流量計(jì)量控制單元(9)發(fā)送的氨氣實(shí)際流量信號(hào)，將氨氣實(shí)際流量與計(jì)算得到的所需的氨氣噴射量進(jìn)行比較，對(duì)氨氣噴射量進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使氨氣實(shí)際流量與計(jì)算得到的所需的氨氣噴射量保持一致；當(dāng)催化器下游溫度傳感器(13)檢測(cè)的溫度值低于設(shè)定值時(shí)，SCR控制器(3 )向流量計(jì)量控制單元(9 )發(fā)送停止噴射氨氣的信號(hào)，流量計(jì)量控制單元(9)控制噴嘴(10)停止噴射氨氣；Ν0χ傳感器(14)監(jiān)測(cè)經(jīng)催化器(12)還原后的NOx排放量，以診斷催化器(12)的工作狀況。
3.如權(quán)利要求2所述的一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，其特征在于，在SCR控制器(3)中存儲(chǔ)有由柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷確定的柴油機(jī)NOx排放濃度脈譜；由柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷確定的柴油機(jī)排氣流量脈譜；由催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度值和催化器的空速確定的催化器NOx轉(zhuǎn)換效率脈譜；柴油機(jī)(4)的排氣溫度與NOx濃度的修正系數(shù)表；所述柴油機(jī)的負(fù)荷由噴油量表征； 所述氨氣噴射量的計(jì)算流程為 步驟一當(dāng)柴油機(jī)(4)開始工作后，SCR控制器(3)從柴油機(jī)ECM (I)中獲取柴油機(jī)(4)在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的轉(zhuǎn)速和噴油量，依據(jù)柴油機(jī)NOx排放濃度脈譜得到當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下柴油機(jī)(4)排氣中NOx濃度的預(yù)測(cè)值；SCR控制器(3)通過(guò)催化器上游溫度傳感器(11)檢測(cè)柴油機(jī)(4)的排氣溫度，查找排氣溫度與NOx濃度的修正系數(shù)表得到當(dāng)前排氣溫度下NOx濃度的修正系數(shù)，將NOx濃度的預(yù)測(cè)值與查得的修正系數(shù)相乘得到柴油機(jī)(4)排氣中NOx的濃度值； 步驟二 SCR控制器(3)依據(jù)步驟一中獲取的柴油機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速和噴油量，并根據(jù)柴油機(jī)排氣流量脈譜得到在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下柴油機(jī)(4)的排氣量； 步驟三SCR控制器(3)將步驟一中得到的柴油機(jī)(4)排氣中NOx的濃度值及步驟二中獲取的柴油機(jī)(4)的排氣量相乘，得到在當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)工況下柴油機(jī)(4)排氣中NOx的排放量； 步驟四SCR控制器(3)通過(guò)催化器上游溫度傳感器(11)和催化器下游溫度傳感器(13)監(jiān)測(cè)催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度；當(dāng)催化器下游溫度傳感器(13)檢測(cè)的溫度值高于設(shè)定值時(shí)，SCR控制器(3)將催化器上游溫度傳感器(11)的檢測(cè)值作為催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度值；SCR控制器(3)依據(jù)催化器的空速和檢測(cè)到的催化器劑進(jìn)行還原反應(yīng)的溫度值，通過(guò)催化器NOx轉(zhuǎn)換效率脈譜得到催化器(12)的轉(zhuǎn)換效率；所述催化器的空速為步驟二中得到的柴油機(jī)(4)的排氣量與催化器(12)的容積之比；所述轉(zhuǎn)換效率為在催化器(12)內(nèi)能夠被還原凈化的NOx量占催化器(12)內(nèi)NOx總量的比例； 步驟五SCR控制器(3)依據(jù)步驟三得到的柴油機(jī)(4)的NOx排放量及步驟四中得到的催化器(12)的轉(zhuǎn)換效率，計(jì)算當(dāng)前工況下催化器(12)能夠還原凈化的NOx量，并依據(jù)NH3和NOx的還原反應(yīng)關(guān)系計(jì)算所需的氨氣噴射量。
4.如權(quán)利要求2所述的一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，其特征在于，氨氣經(jīng)調(diào)壓閥(8)調(diào)壓后的壓力穩(wěn)定在O. 25MPa O. 3MPa。
5.如權(quán)利要求3所述的一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟一中，在SCR控制器(3)中存儲(chǔ)由柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴油量以及柴油機(jī)(4)的排氣溫度確定的柴油機(jī)NOx排放濃度三維脈譜；當(dāng)柴油機(jī)(4)開始工作后，SCR控制器(3)從柴油機(jī)ECM (I)中獲取柴油機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速和噴油量，同時(shí)通過(guò)催化器上游溫度傳感器(11)檢測(cè)柴油機(jī)(4)的排氣溫度；然后依據(jù)柴油機(jī)NOx排放濃度三維脈譜直接得到柴油機(jī)(4)排氣中NOx的濃度。
6.如權(quán)利要求I或2所述的一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)形式的NH3為金屬氨絡(luò)物或氨基甲酸銨。
全文摘要
本發(fā)明公開一種柴油機(jī)固體SCR控制系統(tǒng)，包括氨氣供給系統(tǒng)、氨氣噴射控制系統(tǒng)、CAN通訊線路和催化器，其中氨氣供給系統(tǒng)包括氨貯存器和調(diào)壓閥。在常溫下將NH3以固態(tài)形式儲(chǔ)存在氨貯存器中，當(dāng)柴油機(jī)開始工作后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液經(jīng)冷卻液管路對(duì)氨貯存器加熱，將氨貯存器中的NH3以氣體形式釋放，以還原柴油機(jī)排氣中的NOx。氨氣噴射控制系統(tǒng)包括SCR控制器、流量計(jì)量控制單元和噴嘴。SCR控制器依據(jù)柴油機(jī)工況計(jì)算所需的氨氣噴射流量，通過(guò)流量計(jì)量控制單元控制供入氨氣噴嘴的氨氣流量。同時(shí)，流量計(jì)量控制單元內(nèi)的熱式傳感器檢測(cè)實(shí)際的氨氣流量，并將該信號(hào)反饋給SCR控制器，對(duì)氨氣流量進(jìn)行反饋控制。氨氣經(jīng)噴嘴噴入柴油機(jī)排氣管，在催化器內(nèi)還原柴油機(jī)排氣中的NOx，達(dá)到控制NOx排放的目的。
文檔編號(hào)F01N9/00GK102817681SQ20121026243
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者郝利君, 葛蘊(yùn)珊, 李加強(qiáng), 譚建偉, 韓秀坤, 高力平 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)