專利名稱：用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種 用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，應(yīng)用于汽車尾氣的后處理行業(yè)。
背景技術(shù)：
未來幾年內(nèi)，全球的汽車生產(chǎn)商的排放達(dá)標(biāo)方面將強制性地實施一些更嚴(yán)厲的規(guī)格，例如，歐5和歐6排放標(biāo)準(zhǔn)。在排放法規(guī)的壓力下，選擇恰當(dāng)?shù)暮筇幚砑夹g(shù)策略和裝備，例如，SCR (Selective Catalytic Reduction)催化轉(zhuǎn)化還原技術(shù)，DPF (Diesel Particulate Filter)顆粒捕捉器，DOC (Diesel Oxidation Catalyst)氧化型催化器等。SCR技術(shù)的本質(zhì)是利用尿素在高溫下分解出NH3,作為還原劑的NH3和發(fā)動機(jī)排氣中的NOx在催化劑和溫度的綜合作用下進(jìn)行反應(yīng)，理想工況下生成無毒的N2和H2O,從而達(dá)到凈化的目的。目前，歐洲的大多數(shù)制造商已經(jīng)采用SCR技術(shù)來實現(xiàn)歐4和歐5標(biāo)準(zhǔn)。以戴克集團(tuán)為例，自2005年元月開始，就推出滿足歐4和歐5標(biāo)準(zhǔn)的Actros牌重型載貨車，并給一個時髦的名字‘BlueTec’。BlueTec的后處理方式均采用SCR技術(shù)。根據(jù)戴克的研究結(jié)果表明，SCR技術(shù)與歐3標(biāo)準(zhǔn)水平的汽車相比，能夠節(jié)省燃油3 6%，NOX的排放可低于歐4 限值，如對SCR進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，達(dá)到歐6限值也毫無問題。SCR具有很多優(yōu)點，例如，可在柴油車的排氣溫度250 550 C的范圍內(nèi)具有 50 85%的NOx去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能輕松滿足歐4和歐5水平， 也具有達(dá)到歐6水平的潛力；SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對較低；SCR對車用燃油的質(zhì)量，特別是硫含量不敏感?；谝陨戏治?，SCR后處理技術(shù)也最適合中國的車輛狀況和車用燃油狀況。柴油車發(fā)動機(jī)排出的NOX中，NO約占90%，N02只是其中很少的一部分。NO無色無味，高濃度時能導(dǎo)致神經(jīng)中樞的癱瘓和痙攣。NO2是一種有刺激性氣味、毒性很強的紅棕色氣體，可對人的呼吸道及肺造成損害，嚴(yán)重時能引起肺氣腫。當(dāng)濃度高達(dá)IOOppm濃度時，會導(dǎo)致生命危險。NOx在太陽光作用下會生成光化學(xué)煙霧，還會增加周圍臭氧的濃度，而臭氧則會破壞植物的生長。柴油機(jī)排放中NO并非來自燃油的燃燒，而是來自氮氣與氧氣反應(yīng)，在氧氣過剩情況下燃燒室持續(xù)高溫而形成。柴油發(fā)動機(jī)的尾氣排放情況，特別是NOx排放時的溫度區(qū)間以及濃度。測試表明， 大約80%的NOx是在柴油發(fā)動機(jī)最大負(fù)荷時排放的，其相應(yīng)的溫度區(qū)間為30(T55(TC，低溫下NOx生成量較少。因此，溫度和NOx生成量存在一定的對應(yīng)關(guān)系。如圖1所示的某型號的柴油發(fā)動機(jī)的排溫和NOx生成濃度的關(guān)系圖，圖中可以看出當(dāng)NOx先是隨溫度的升高而升高，達(dá)到最大值，而后，盡管溫度上升，NOx的生成量反而稍稍降低，這是因為燃燒室處于更高的溫度環(huán)境下，燃燒后的氣體以更快的速度被掃出燃燒室。
看來，采用SCR后處理技術(shù)方式凈化NOx時所需尿素還原劑的劑量是一個隨發(fā)動機(jī)工況變化而變化的動態(tài)過程。對于預(yù)計實 現(xiàn)國4排放的車輛，其發(fā)動機(jī)已經(jīng)完成基本的機(jī)內(nèi)優(yōu)化，NOx去除率在 35^40%即可滿足國4排放標(biāo)準(zhǔn)，NOx去除率在65 70%即可滿足國5排放標(biāo)準(zhǔn)。對標(biāo)國外的SCR后處理裝置中的尿素噴射和控制部分，各家采用的技術(shù)方式不同，既有獨立的尿素噴射和控制部分，然后輸送尿素還原劑到噴嘴；也有把尿素噴射和控制部分集成到尿素還原劑噴嘴上的，其目的都是適時適量的提供尾氣去除NOx所需要的尿素還原劑。例如，按照理論噴量的曲線A進(jìn)行，或者是按照低于理論值的曲線B進(jìn)行。尿素噴射和控制部分的適時適量的提供尾氣所需要的尿素還原劑的技術(shù)，可以采用串聯(lián)在尿素管路上的精密電磁質(zhì)量流量計來實現(xiàn)，也可以采用精密的電磁流量控制閥來實現(xiàn)。精度高的電磁流量控制閥完全可以實現(xiàn)精密電磁質(zhì)量流量計的功能。專利號為CN200510129691. 6的‘用于控制向SCR催化劑的尿素供給的系統(tǒng)，專禾U、專利號為CN200510136379. X的‘一種控制還原劑噴入來自內(nèi)燃機(jī)的含NOX廢氣流中的方法’的專利、專利號為CN200810095099.2 ‘一種用于分布內(nèi)燃機(jī)廢氣系統(tǒng)中流動性添加劑的裝置’的專利、專利號為CN200920045181. 4的‘一種SCR反應(yīng)裝置的引射噴氨混合機(jī)構(gòu)’的專利、專利號為CN200810047114.6 ‘一種柴油機(jī)SCR系統(tǒng)中使用的控制添藍(lán)投放量的控制方法及控制裝置’的專利、專利號為CN98805246.6的‘一種減少和廢氣系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的貧燃料燃燒發(fā)動機(jī)的NOx排放量的方法’的專利、專利號為CN200580030812. X的‘用于發(fā)動機(jī)后處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)’的專利、專利號為CN200480017220.X的‘控制還原劑添加的方法’的專利等專利，僅僅涉及到尿素還原劑劑量的信號獲取和策略、尿素還原劑噴入的位置、噴口的形狀、管線、混合方式等方面、并沒有提出計量量的實際控制辦法和手段；而專利號為CN200710142274. 4的‘減少NOX排放的系統(tǒng)及方法一種排氣系統(tǒng)’的專利、專利號為 CN200810185975. 0的‘用于在廢氣后處理系統(tǒng)中改善還原劑的水解的方法’的專利、專利號為CN200920067025. 8SCR的‘一種SCR催化轉(zhuǎn)化器，的專利、專利號為CN200610161817. 2 的‘內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化方法及裝置’的專利、專利號為CN200680027888. 1的‘內(nèi)燃機(jī)廢氣中氮氧化物的選擇性催化還原的方法和排氣系統(tǒng)’的專利、專利號為CN96194716. 0的‘一種用于催化凈化由燃燒裝置所排出的廢氣的方法與設(shè)備’的等專利的權(quán)利要求和本發(fā)明不相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其采用經(jīng)過理論計算推算出的曲線A和防止尿素還原劑過量而向下平移的曲線B，以及可以擬合出曲線B的曲線C作為劑量的標(biāo)定策略和方法，既能滿足國4以上SCR標(biāo)準(zhǔn)要求，又不至于產(chǎn)生NH3逃逸量，可以取消對NH3進(jìn)行氧化處理的DOC裝置，簡化車輛配置，降低成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于具體的步驟如下第一步，在SCR系統(tǒng)中，所發(fā)生的反應(yīng)包括，標(biāo)準(zhǔn)的SCR反應(yīng)(1)、快速的 SCR反應(yīng)(2)和慢速的SCR反應(yīng)(3);根據(jù)反應(yīng)(1) (3)，去除所有數(shù)量的NOx所需的NH3 可以從化學(xué)計算得出；而根據(jù)化學(xué)反應(yīng)(4) (5)可以推算出尿素?zé)岱纸猱a(chǎn)生的反應(yīng)以及尿素直接水分解產(chǎn)生所需的理論上的尿素還原劑數(shù)量，即首先完成理論上的需求量A曲線的標(biāo)定；
4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20(1)
2NH3+N0+N02 — 2N2+3H20(2)
4NH3+2N02+02 — 3N2+6H20(3)
NH2 — CO — NH2 — NH3+HNCO(4)
HNC0+H20 — NH3+C02
NH2 — CO — NH3+H20 — 2NH3+C02(5)
第二步，為防止尿素過量噴射而采用質(zhì)量流量計控制噴射量生成的曲線B，其分布在理論需求曲線A對應(yīng)點的6 12ml以下；
第三步，根據(jù)選用曲線B作為劑量的標(biāo)定曲線，由于任何圓滑過度的曲線都是由一組折線無限逼近的結(jié)果，因此，曲線B同樣可以采用若干個直線段進(jìn)行擬合而來，這些若干直線段的完整構(gòu)成就是實際需求量曲線C ；采用曲線C作為實際中的尿素還原劑的劑量的標(biāo)定曲線，每一個直線段代表一個噴射水平，曲線C的計量水平永遠(yuǎn)在理論需求曲線A的 2^15ml以下分布，不會過量噴射。所述的實際需求量曲線C，從Ctl開始噴射尿素還原劑，C0位于曲線A之下，在車輛運行的某個階段噴量保持Ctl不變，從某個點開始階段噴量從躍升Ctl到C1，在車輛運行的某個階段噴量保持C1F變，以此類推，在量綱上，Ctl <Cl<C2<C3<Ci，其中Ci達(dá)到最大值，Ci永遠(yuǎn)小于曲線A上的最大值 ，但可以大于等于或小于曲線B上的最大值bi; Ci階段以后的噴量又逐步降低，構(gòu)成以曲線C為特征的完整控制策略。所述實際需求量曲線C可以擬合出需求量曲線B。所述的理論的需求量曲線A、采用質(zhì)量流量計控制噴射量生成的曲線B和實際需求量曲線C均為拋物線趨勢，逐漸增高，達(dá)到最高點后都會逐漸降低。本發(fā)明的積極效果在于，采用實際試驗驗證獲得的NOx關(guān)系曲線，經(jīng)過理論計算推算出的曲線A，防止尿素還原劑過量而向下平移的曲線B，以及可以擬合出曲線B的曲線C 作為劑量的標(biāo)定策略和方法，具有很高的可靠性和實用價值；不但滿足了國4排放標(biāo)準(zhǔn)，也可以滿足未來的國5排放標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為柴油發(fā)動機(jī)的排溫和NOX生成濃度的關(guān)系。圖2為本發(fā)明的標(biāo)定方法圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述 實施例1
根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況測定的所需完全去除NOx的理論尿素還原劑需求量，繪制成曲線A，曲線A先是隨溫度的逐漸升高而升高，到達(dá)一定峰值后略微降低，其最高點噴量水平為 ；相對應(yīng)于A曲線，采用質(zhì)量流量計控制噴射量，對應(yīng)點的iTl2ml以下分布，生成的曲線B，其最高點噴量水平為h ；以溫度作為驅(qū)動變量的輸入，以電磁流量閥作為計量的輸出，采取若干個計量水平，即若干個水平的直線段，按照曲線B的走勢進(jìn)行設(shè)置，生成具有實際應(yīng)用價值的曲線C，其最高點噴量水平為CiO實施例2
根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況測定的所需完全去除NOx的理論尿素還原劑需求量，繪制成曲線A，曲線A先是隨溫度的逐漸升高而升高，到達(dá)一定峰值后略微降低，其最高點噴量水平為 ；相對應(yīng)于A曲線，采用質(zhì)量流量計控制噴射量，對應(yīng)點的iTl2ml以下分布，生成的曲線B，其最高點噴量水平為h ；以溫度作為驅(qū)動變量的輸入，以電磁比例閥作為計量 的輸出，采取若干個計量水平，即若干個水平的直線段，按照曲線B的走勢進(jìn)行設(shè)置，生成具有實際應(yīng)用價值的曲線C，其最高點噴量水平為Ci。實施例3
首先在SCR系統(tǒng)中，所發(fā)生的反應(yīng)包括，標(biāo)準(zhǔn)的SCR反應(yīng)(1)、快速的SCR反應(yīng)(2)和慢速的SCR反應(yīng)(3);根據(jù)反應(yīng)(1) (3)，去除所有數(shù)量的NOx所需的NH3可以從化學(xué)計算得出；而根據(jù)化學(xué)反應(yīng)(4) (5)可以推算出尿素?zé)岱纸猱a(chǎn)生的反應(yīng)以及尿素直接水分解產(chǎn)生所需的理論上的尿素還原劑數(shù)量，即首先完成理論上的需求量A曲線的標(biāo)定； 4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20(1)
2NH3+N0+N02 — 2N2+3H20(2)
4NH3+2N02+02 — 3N2+6H20(3)
NH2 — CO — NH2 — NH3+HNC0(4)
HNC0+H20 — NH3+C02
NH2 — CO — NH3+H20 — 2NH3+C02(5)
其次為防止尿素過量噴射而采用質(zhì)量流量計控制噴射量生成的曲線B，其分布在理論需求曲線A對應(yīng)點的6 12ml以下。最后根據(jù)選用曲線B作為劑量的標(biāo)定曲線，由于任何圓滑過度的曲線都是由一組折線無限逼近的結(jié)果，因此，曲線B同樣可以采用若干個直線段進(jìn)行擬合而來，這些若干直線段的完整構(gòu)成就是實際需求量曲線C ；采用曲線C作為實際中的尿素還原劑的劑量的標(biāo)定曲線，每一個直線段代表一個噴射水平，曲線C的計量水平永遠(yuǎn)在理論需求曲線A的 2^15ml以下分布，不會過量噴射。所述的實際需求量曲線C，從Ctl開始噴射尿素還原劑，C0位于曲線A之下，在車輛運行的某個階段噴量保持Ctl不變，從某個點開始階段噴量從躍升Ctl到C1，在車輛運行的某個階段噴量保持C1F變，以此類推，在量綱上，Ctl <Cl<C2<C3<Ci，其中Ci達(dá)到最大值，Ci永遠(yuǎn)小于曲線A上的最大值 ，但可以大于等于或小于曲線B上的最大值bi; Ci階段以后的噴量又逐步降低，構(gòu)成以曲線C為特征的完整控制策略。
權(quán)利要求
1.用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于由理論計算的柴油車排放的NOxS 量對尿素還原劑的需求量曲線A、采用質(zhì)量流量計控制噴射量生成的曲線B和實際需求量曲線C組成；其具體的步驟如下第一步，在SCR系統(tǒng)中，所發(fā)生的反應(yīng)包括，標(biāo)準(zhǔn)的SCR反應(yīng)(1)、快速的SCR反應(yīng)(2)和慢速的SCR反應(yīng)(3);根據(jù)反應(yīng)(1) (3)，去除所有數(shù)量的 NOx所需的NH3可以從化學(xué)計算得出；而根據(jù)化學(xué)反應(yīng)(4) (5)可以推算出尿素?zé)岱纸猱a(chǎn)生的反應(yīng)以及尿素直接水分解產(chǎn)生所需的理論上的尿素還原劑數(shù)量，即首先完成理論上的需求量A曲線的標(biāo)定；4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20(1)2NH3+N0+N02 — 2N2+3H20(2)4NH3+2N02+02 — 3N2+6H20(3)NH2 — CO — NH2 — NH3+HNC0(4)HNC0+H20 — NH3+C02NH2 — CO — NH3+H20 — 2NH3+C02(5)第二步，為防止尿素過量噴射而采用質(zhì)量流量計控制噴射量生成的曲線B，其分布在理論需求曲線A對應(yīng)點的6 12ml以下；第三步，根據(jù)選用曲線B作為劑量的標(biāo)定曲線，由于任何圓滑過度的曲線都是由一組折線無限逼近的結(jié)果，因此，曲線B同樣可以采用若干個直線段進(jìn)行擬合而來，這些若干直線段的完整構(gòu)成就是實際需求量曲線C ；采用曲線C作為實際中的尿素還原劑的劑量的標(biāo)定曲線，每一個直線段代表一個噴射水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于所述的實際需求量曲線C，從Ctl開始噴射尿素還原劑，C0位于曲線A之下，在車輛運行的某個階段噴量保持Ctl不變，從某個點開始階段噴量從躍升Ctl到C1，在車輛運行的某個階段噴量保持C1不變， 以此類推，在量綱上，q <ci<c2<c3<ci，其中Ci達(dá)到最大值，Ci永遠(yuǎn)小于曲線A上的最大值ai;但可以大于等于或小于曲線B上的最大值bi; Ci階段以后的噴量又逐步降低，構(gòu)成以曲線C為特征的完整控制策略。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于所述實際需求量曲線C分布在理論需求曲線A的2 15ml以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于所述實際需求量曲線C可以擬合出需求量曲線B。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于所述的理論的需求量曲線A、采用質(zhì)量流量計控制噴射量生成的曲線B和實際需求量曲線C均為拋物線趨勢，逐漸增高，達(dá)到最高點后都會逐漸降低。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于尿素還原劑劑量的標(biāo)定方法，其特征在于由理論計算的柴油車排放的NOX總量對尿素還原劑的需求量曲線A、為防止尿素過量噴射而采用質(zhì)量流量計控制在理論需求6~15ml以下的需求量曲線B以及對需求量曲線B擬合前的實際需求量曲線C折線構(gòu)成，以需求量曲線C折線作為柴油車排放控制過程的尿素噴射，既能滿足國4以上SCR標(biāo)準(zhǔn)要求，又不至于產(chǎn)生NH3逃逸量，可以取消對NH3進(jìn)行氧化處理的DOC裝置，簡化車輛配置，降低成本。
文檔編號B01D53/94GK102400747SQ20101027837
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月11日
發(fā)明者劉國軍, 崔龍, 張克金, 張苡銘, 李文祥, 王丹, 魏曉川 申請人:中國第一汽車集團(tuán)公司