应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统与方法，包括SCR反应器、尿素喷射系统以及与SCR反应器连接的前段管路与后段管路；尿素喷射系统配置有向前段管路喷射尿素的喷嘴；尿素溶液喷射控制系统还包括流速传感器、第一氮氧传感器和第二氮氧传感器。控制系统，被设置用于根据前氮氧量以及后氮氧量计算后氮氧转换率以及尿素喷射修正值，并基于尿素喷射修正值控制尿素喷射系统的尿素喷射量。利用本发明专利技术可根据目标发动机参数和原机排放信息，计算得到发动机需求的尿素水溶液的目标喷射量，实现对尿素喷射的实际需求的补偿和修正，避免传统的固定数值的尿素喷射量带来的问题。尿素喷射量带来的问题。

【技术实现步骤摘要】
应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统与方法


[0001]本专利技术涉及柴油发动机排放控制
，尤其是用于柴油发动机尾气处理SCR系统，具体而言涉及一种应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统与方法。

技术介绍

[0002]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。SCR系统在催化剂的作用下，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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种根据尾气中的尾气浓度变化率来确定SCR催化反应的效果，并基于偏差实时控制修正尿素喷射量的SCR系统的尿素溶液喷射控制系统与方法，喷射量自动计算，自动修正，无需获取发动机运行报文和运行参数。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提出一种应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，包括SCR反应器、尿素喷射系统以及与SCR反应器连接的前段管路与后段管路；所述尿素喷射系统配置有用于向所述前段管路喷射尿素的喷嘴；
[0006]所述尿素溶液喷射控制系统还包括：
[0007]位于前段管路的第一氮氧传感器，被设置用于获取排放尾气的前氮氧量；
[0008]位于后段管路的第二氮氧传感器，被设置用于获取排放尾气的后氮氧量；
[0009]控制系统，被设置用于根据前氮氧量以及后氮氧量计算后氮氧转换率以及尿素喷射修正值，并基于尿素喷射修正值控制所述尿素喷射系统的尿素喷射量。
[0010]优选地，所述控制系统包括：
[0011]用于基于前氮氧量计算尿素喷射量的第一模块；
[0012]用于基于前氮氧量和后氮氧量计算后氮氧转换率的第二模块；以及
[0013]基于后氮氧量以及后氮氧转换率确定尿素喷射修正值的第三模块。
[0014]优选地，所述尿素喷射系统配置有尿素箱、尿素泵以及比例阀，所述尿素泵用于从尿素箱泵出尿素溶液，所述尿素泵的出口经由喷射管路与所述喷嘴连接，所述控制阀设置在喷射管路中，所述控制系统基于尿素喷射修正值控制所述比例阀执行喷射量的调节。
[0015]优选地，所述控制系统还包括预警模块，用于根据所述尿素喷射修正值Q
L
与尿素喷射量Q的偏差超过预设值，发出报警提示。
[0016]优选地，所述控制系统还包括喷射重置模块，响应于在预设的N个采样周期内的所述尿素喷射修正值Q
L
与尿素喷射量Q的累积偏差超过允许偏差阈值，提示故障并在收到关闭发动机的信号时重置尿素喷射控制量，并由第一模块基于前氮氧量计算尿素喷射量Q。
[0017]根据本专利技术目的的第二方面还提出一种尿素溶液喷射控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0018]步骤1、获取排放尾气在管道中的流速v，计算出尾气体积流量V
f
：
[0019]V
f
＝π*R2*v
[0020]其中，R表示前段管路的半径。
[0021]步骤2、获得实时采集的SCR前氮氧量N
U
，从而计算出尿素喷射量Q：
[0022]Q＝V
f
*N
U
*A
[0023]其中，A为常量，N
U
表示当前采样时刻的前氮氧量；
[0024]步骤3、获得实时采集的SCR后氮氧量N
D
，计算后氮氧转换率μ
N
：
[0025][0026]其中，N
D
‑1是上一采样时刻的后氮氧量；
[0027]步骤4、根据后氮氧转换率μ
N
计算尿素喷射修正值Q
L
：
[0028]当N
D
‑1＞N
D
时，μ
N
为正数，则确定尿素喷射修正值Q
L
为：
[0029][0030]当N
D
‑1＜N
D
时，μ
N
为负数，则确定尿素喷射修正值Q
L
为：
[0031][0032]其中，B为额定喷射常量；
[0033]步骤5、尿素喷射系统基于尿素喷射修正值Q
L
控制实际尿素喷射量。
[0034]优选地，所述方法还包括以下步骤：
[0035]根据所述尿素喷射修正值Q
L
与尿素喷射量Q的偏差超过预设值，发出报警提示。
[0036]优选地，所述方法还包括以下步骤：响应于在预设的N个采样周期内的所述尿素喷射修正值Q
L
与尿素喷射量Q的累积偏差超过允许偏差阈值，提示故障并在收到关闭发动机的信号时重置尿素喷射控制量，并由第一模块基于前氮氧量计算尿素喷射量Q。
[0037]由以上本专利技术的技术方案，本专利技术提出的SCR系统尿素溶液的目标喷射量修正控制，可以根据目标发动机参数和原机排放信息，计算得到发动机需求的尿素水溶液的目标喷射量，例如通过采集尾气流速和已知的管道直径(机车设计参数)计算得出尾气体积流量，再根据采集的前NOx浓度值与后NOx浓度值，得出后氮氧的转换率，从而计算出修正的喷射量作为实际喷射量，由此利用后NOx作为反馈信号获得转换质量，来修正喷射量。例如，在转换率为正时，表明后氮氧数值在升高，需要减少喷射量，而在转换率为负时，表明后氮氧数值在降低，还需要增加尿素喷射量，从而实现对尿素喷射的实际需求的补偿和修正，避免传统的固定数值的尿素喷射量带来的问题。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的显著的优点在于：
[0039](1)本专利技术提出的SCR系统尿素喷射补偿控制的方案，不依赖与发动机的参数，完全自主采集数据，无需采集发动机数据，适用性强，可适用与不同功率的柴油机组，通过人机界面调整发动机参数，可以适用于不同类型的发动机；
[0040](2)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，在整个控制策略和控制方案中，对排气管路无特定限制和要求，不仅可以预装在机车尾气后处理系统中，还可以采用后加装的方式安装到机车尾气后处理系统中，安装灵活；
[0041](3)本专利技术提出的SCR系统尿素喷射补偿控制的方案，在基于后氮氧量反馈而确定的实际喷射量与基于前氮氧量确定的喷射量之间的偏差超过一定阈值的，实时地通过车机系统操作界面实时观察和报警本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，其特征在于，包括SCR反应器、尿素喷射系统以及与SCR反应器连接的前段管路与后段管路；所述尿素喷射系统配置有用于向所述前段管路喷射尿素的喷嘴；所述尿素溶液喷射控制系统还包括：位于前段管路的第一氮氧传感器，被设置用于获取排放尾气的前氮氧量；位于后段管路的第二氮氧传感器，被设置用于获取排放尾气的后氮氧量；控制系统，被设置用于根据前氮氧量以及后氮氧量计算后氮氧转换率以及尿素喷射修正值，并基于尿素喷射修正值控制所述尿素喷射系统的尿素喷射量。2.根据权利要求1所述的应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：用于基于前氮氧量计算尿素喷射量的第一模块；用于基于前氮氧量和后氮氧量计算后氮氧转换率的第二模块；以及基于后氮氧量以及后氮氧转换率确定尿素喷射修正值的第三模块。3.根据权利要求1所述的应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，其特征在于，所述第一模块被设置用于根据下述方式确定尿素喷射量Q：Q＝V
f
*N
U
*A；其中，N
U
表示当前采样时刻的前氮氧量；A表示发动机废气常量；V
f
表示尾气体积流量；V
f
＝π*R2*ν；式中，ν表示排放尾气在管道中的流速，R表示前段管路的半径。4.根据权利要求3所述的应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，其特征在于，所述第二模块被设置用于根据下述方式确定后氮氧转换率μ
N
：其中，N
D
‑1是上一采样时刻的后氮氧量，N
D
是当前采样时刻的后氮氧量。5.根据权利要求4所述的应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，其特征在于，所述第三模块被设置用于根据下述方式确定尿素喷射修正值Q
L
；当N
D
‑1＞N
D
时，μ
N
为正数，则确定尿素喷射修正值Q
L
如下：当N
D
‑1＜N
D
时，μ
N
为负数，则确定尿素喷射修正值Q
L
如下：其中，B为额定喷射常量。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的应用于大功率柴油机尾气处理SCR系统的尿素溶液喷射控制系统，其特征在于，所述尿素喷射系统配置有尿素箱、尿素泵以及比例阀；所述尿素泵用于从尿素箱泵出尿素溶液，所述尿素泵的出口经由喷射管路与所述喷嘴连接，所述控制阀设置在喷射管路中、并基于其通断比例执行流量调节；所述控制系统基...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴明明，杨曦，田雨林，赵鹏飞，熊飘洋，何俊俊，胡广，袁林峰，
申请(专利权)人：南京依柯卡特排放技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：