[发明专利]一种全工况柴油机SCR系统闭环控制方法

说明书

技术领域

本发明属于柴油发动机尾气氮氧化物排放污染控制技术领域，进一步涉及一种基于排气温度和排气背压的全工况柴油机SCR系统闭环控制方法。

背景技术

节能和环保是我国以及当今世界的工业技术领域的两个重要主题。氮氧化物（NO_x）是柴油机排放的主要污染物，利用柴油机内净化技术已无法满足当前乃至今后实施的排放法规。因此，采用柴油机排气后处理净化技术是满足日益严格的排放法规（主要是国四及以上排放法规)的必要手段。结合我国国情和柴油机排气后处理技术现状，采用选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction—SCR)技术是我国重型柴油机能够实现第Ⅳ阶段及以上排放标准的最佳技术路线。

柴油机排气SCR后处理技术原理是：根据柴油机的运行工况，在排气管内投放适量的还原剂溶液，受热蒸发、水解和裂解产生还原性气体。然后，还原性气体与NO_x在排气管内进行还原反应生成氮气和水，排入大气。 

目前，国内外柴油机SCR系统中普遍采用的还原剂投放量控制方法是基于柴油机的转速和负荷，且只适用于电控柴油机，这种控制方法属于开环控制。其缺点在于：（1）当SCR后处理系统内部或外部环境，诸如催化剂的性能、温度、油品品质等因素发生变化时，无法及时反馈给系统，对还原剂投放量作出调整，造成系统控制精度低；（2）对于非电控柴油机而言，柴油机的转速和负荷参数无法获取，SCR系统就不能控制还原剂的投放量。

因此，根据实时在线获取的柴油机运行工况参数，通过闭环方式精确控制SCR系统中还原剂投放量，使NO_x和二次污染源气体排放都能够满足国家的排放法规，是SCR系统的关键核心技术。

发明内容

本发明的目的是利用柴油机的排气温度、排气背压和还原剂投放量三者之间的相关性组成三维矩阵，提供一种新型简便的基于排气温度和排气背压的全工况柴油机SCR系统闭环控制方法。将实时获得的柴油机排气温度和排气背压两个参数通过已建立的三维矩阵，查出对应的还原剂的投放量。

本发明全工况柴油机SCR系统闭环控制方法，按照下述步骤进行：（1）建立新型的基于全工况柴油机排气温度和排气背压的SCR系统还原剂投放量的三维矩阵；（2）利用氮氧化物传感器和PID（比例-积分-微分）控制器，形成全工况柴油机SCR系统闭环的精确控制模式；

所述建立三维矩阵，按照下述步骤进行：（a）在标定工况下，从柴油机万有特性中获取基于排气温度和排气背压的排气流量；同时在该工况下分别建立原机排放NO_x浓度、催化器目标转化率与排气温度和排气背压的对应关系；（b）依据同一标定工况下获得的柴油机的排气流量、原机排放NO_x浓度和催化器目标转化率，计算SCR系统还原剂投放量；（c）在步骤（a）和步骤（b）的基础上，建立基于柴油机排气温度、排气背压和还原剂投放量的三维矩阵；

所述形成SCR系统闭环控制模式，通过下述步骤实现：（a）利用温度传感器和压差传感器分别测得SCR催化器的排气背压和排气温度，温度传感器设置于排气管尾端，压差传感器分别与SCR催化器进气端和出气端连接；（b）将实测的排气温度和排气背压输入到三维矩阵中，通过插值计算得到对应的柴油机SCR系统还原剂投放量；（c）采用前、后氨/氮传感器测得SCR催化器前的NO_x浓度及SCR催化器后的NO_x和氨气浓度，并计算NO_x实际转化效率；（d）将NO_x目标转化效率和NO_x实际转化效率进行比较，并通过PID控制器进行滞后补偿修正还原剂投放量。

本发明相对于现有技术，具有如下优点：

（1）提出一种基于排气温度和排气背压的柴油机SCR系统闭环控制方法。这种方法将还原剂投放量表达为柴油机排气温度和排气背压的函数。因此，SCR系统只需简单地通过获取柴油机排气温度和排气背压，就可以实现对还原剂投放量的控制，将NO_x的排放控制在国家排放法规要求的范围内。