專利名稱：一種scr催化器的溫度預(yù)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種SCR催化器的溫度預(yù)測裝置。
背景技術(shù)：
對于使用SCR后處理技術(shù)來滿足國IV、國V排放的柴油機(jī)，在穩(wěn)態(tài)工況的時候，控制策略的制定都是基于MAP圖，即基于經(jīng)驗(yàn)值和插值算法來實(shí)現(xiàn)的。目前現(xiàn)有的SCR開環(huán)或閉環(huán)的控制策略基本能滿足發(fā)動機(jī)在穩(wěn)定工作條件下的控制需求，即能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)在穩(wěn)定工作條件下的NOx排放量和SCR催化器的轉(zhuǎn)化率，計(jì)算出向SCR催化器的尿素噴射量。但是當(dāng)發(fā)動機(jī)從一個工況過渡到另一個工況時，即瞬態(tài)工況的情況下，SCR催化器的溫度不能隨轉(zhuǎn)速和扭矩的變化迅速達(dá)到穩(wěn)定時的溫度。當(dāng)發(fā)動機(jī)從低排溫工況瞬間過渡到高排溫工況時，SCR系統(tǒng)控制器根據(jù)瞬間檢測到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩發(fā)出高排溫工況對應(yīng)的尿素流量指令，而此時，催化器的溫度還未來得及達(dá)到穩(wěn)定時的溫度，噴入的尿素水溶液在低排溫環(huán)境下會生成氨鹽覆蓋在催化劑表面。隨著催化劑溫度的逐步升高，催化劑內(nèi)部吸附的氨氣會大量逸出，氨鹽也發(fā)生熱解反應(yīng)釋放出氨氣，此時氨氣的量往往會超出理論需求量，在催化器出口以氨氣排出，造成污染。反之，當(dāng)發(fā)動機(jī)從高排溫工況瞬間過渡到低排溫工況時，NOx排放就會超標(biāo)，同樣造成污染。因此，需要一種特別是在發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)工況的情況下準(zhǔn)確預(yù)測SCR催化器的溫度，從而及時地獲取SCR催化器的轉(zhuǎn)化率，以便正確地計(jì)算出向SCR催化器的尿素噴射量的裝置、系統(tǒng)和方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于對目前的SCR控制系統(tǒng)的上述問題進(jìn)行改進(jìn)，即通過預(yù)測 SCR催化器的溫度，從而預(yù)測在發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下的SCR催化器的轉(zhuǎn)化率。這樣在發(fā)動機(jī)工況發(fā)生變化時，能準(zhǔn)確的預(yù)測SCR催化器的溫度并且獲取SCR催化器的NOx轉(zhuǎn)化率， 特別是瞬態(tài)工況的情況下的轉(zhuǎn)化率，從而計(jì)算發(fā)動機(jī)各種工況下的準(zhǔn)確的向SCR催化器的
尿素噴射量。根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供了一種SCR催化器的溫度預(yù)測裝置，包括SCR 催化器的多個微元，微元溫度計(jì)算裝置，連接到所述SCR催化器的各個微元，用于根據(jù)SCR 催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量，計(jì)算多個微元的溫度，以及SCR催化器溫度計(jì)算裝置，連接到所述SCR催化器的多個微元，用于根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算 SCR催化器的溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的裝置，其中SCR催化器包括2-10個微元。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的裝置，其中SCR催化器包括5-6個微元。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的裝置，其中SCR催化器中的多個微元之間的連接關(guān)系為串聯(lián)連接或并聯(lián)連接或串并聯(lián)結(jié)合的連接。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的裝置，其中SCR催化器中的多個微元具有彼此不同的形狀和/或尺寸。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的裝置，其中SCR催化器溫度計(jì)算裝置通過計(jì)算各微元的溫度的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值來計(jì)算SCR催化器的溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，提供了一種SCR催化器的溫度預(yù)測的方法，包括 將SCR催化器劃分為多個微元，以及根據(jù)SCR催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量，計(jì)算多個微元的溫度，以及根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算SCR催化器的溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的方法，其中將所述SCR催化器劃分為2-10個微兀。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的方法，其中將所述SCR催化器劃分為5-6個微元。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的方法，其中SCR催化器中的多個微元以串聯(lián)連接或并聯(lián)連接或串并聯(lián)結(jié)合的方式相互連接。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的方法，其中將所述SCR催化器中的多個微元劃分為具有彼此不同的形狀和/或尺寸。根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的方法，其中根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算SCR 催化器的溫度的步驟包括通過計(jì)算各微元的溫度的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值來計(jì)算SCR 催化器的溫度。

參考附圖作為示例而對本實(shí)用新型的實(shí)施例加以描述，其中圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的SCR控制系統(tǒng)的方框圖，其中包括根據(jù)本實(shí)用新型的SCR 控制裝置和溫度預(yù)測裝置。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的SCR控制方法流程圖。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的SCR催化器溫度預(yù)測方法流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的SCR控制系統(tǒng)的方框圖。SCR控制系統(tǒng)包括SCR催化器 1 ；檢測裝置2，用于檢測SCR催化器1的實(shí)際溫度；SCR控制裝置3，用于計(jì)算的向SCR催化器1的尿素噴射量；以及尿素噴射裝置4，用于根據(jù)由SCR控制裝置3計(jì)算的向SCR催化器 1的尿素噴射量，調(diào)節(jié)向SCR催化器1的尿素噴射。參見圖1，SCR控制裝置3包括溫度預(yù)測裝置31，用于預(yù)測SCR催化器的溫度；轉(zhuǎn)化率獲取裝置32，用于根據(jù)SCR催化器的預(yù)測溫度和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，獲取SCR催化器的轉(zhuǎn)化率；以及噴射量計(jì)算裝置33，用于根據(jù)發(fā)動機(jī)的NOx排放量和SCR催化器的轉(zhuǎn)化率， 計(jì)算向SCR催化器的尿素噴射量。如圖1所示，溫度預(yù)測裝置31包括SCR催化器的多個微元；用于根據(jù)SCR催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量，計(jì)算多個微元的溫度的裝置；以及用于根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算SCR催化器的溫度的裝置。根據(jù)一個實(shí)施例，溫度預(yù)測裝置31可以包括SCR催化器的2-10個微元，即可以將 SCR催化器分為2-10個微元。一般而言，SCR催化器的微元個數(shù)越多，對其溫度預(yù)測的準(zhǔn)確程度就越高。通過實(shí)驗(yàn)可知，在2個微元的情況下，對應(yīng)的溫度變化比較遲緩，難以準(zhǔn)確的
4估計(jì)溫度的快速變化；在10個微元的情況下，較好地體現(xiàn)了溫度的瞬態(tài)過程，但會產(chǎn)生較大的計(jì)算延時，從而降低了計(jì)算的精度。因此，需要根據(jù)SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)，合理地選擇SCR催化器的微元數(shù)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果SCR催化器的微元的個數(shù)優(yōu)選為5-6個。根據(jù)一個實(shí)施例，在確定SCR催化器的微元數(shù)量的同時，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)將SCR催化器中工作狀態(tài)基本相同的區(qū)域劃分為一個微元，即選擇微元的劃分方式。多個微元可以是串聯(lián)連接的，即第一個微元的輸出作為第二個微元的輸入。但是例如對于筒形的SCR催化器，多個微元也可以是相互并聯(lián)連接的。根據(jù)SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)的需要，多個微元甚至可以以串并聯(lián)結(jié)合的方式相互連接。這需要根據(jù)SCR催化器的具體情況，通過實(shí)驗(yàn)加以確定。根據(jù)一個實(shí)施例，在確定SCR催化器的微元數(shù)量和劃分方式的同時，還需要考慮多個SCR催化器微元的形狀和尺寸。由于SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)等因素的影響，使得其在工作時，工作狀態(tài)基本相同的區(qū)域范圍可能各不相同，因此需要將SCR催化器劃分為大小不同的多個微元，即多個微元可以有彼此不同的形狀和/或尺寸。這同樣需要根據(jù)SCR 催化器的具體情況，通過實(shí)驗(yàn)加以確定。根據(jù)一個實(shí)施例，在如圖1所示的溫度預(yù)測裝置31中，包括了用于根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，通過簡單地計(jì)算各微元的溫度的算術(shù)平均值來計(jì)算SCR催化器的溫度的裝置。但是，根據(jù)以上的描述不難看出，從多個微元的溫度出發(fā)，獲取SCR催化器的預(yù)測溫度應(yīng)當(dāng)考慮多個微元的數(shù)量、連接關(guān)系及其形狀和/或尺寸?？梢愿鶕?jù)SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)，按照多個微元的形狀和/或尺寸及其在SCR催化器中的位置，并且在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上為多個微元相應(yīng)地分配各自不同的權(quán)重，對各微元的溫度進(jìn)行加權(quán)平均，以獲取SCR催化器的預(yù)測溫度。因此，根據(jù)另一個實(shí)施例，在如圖1所示的溫度預(yù)測裝置31中，包括了用于根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，通過計(jì)算各微元的溫度的加權(quán)平均值來計(jì)算SCR催化器的溫度的裝置。根據(jù)一個實(shí)施例，可以根據(jù)SCR催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量， 計(jì)算多個微元的溫度。計(jì)算公式如下^jf- = aimEC(Tin - T0J - α9 (Γ: - Γ:)
at其中
nCelIc ρ, ECα =-
cn rmr
ρ, L
「 ,SRad, SCRcrSBy^Rad, SCR=-
cP,CmCm*EG 排氣質(zhì)量流量(kg/s)；Tamb 環(huán)境溫度(k)；Tin:微元入口溫度(k)；T。ut 微元出口溫度(k)；nCell 催化器微元個數(shù)；其中如下參數(shù)為SCR催化器的物理參數(shù)，包括[0041]￡Kad,SCK = 0.507:黑度；σ SB = 5. 67e-8 氣體輻射常數(shù)(W/m2K4)；Cp, c = 1016 催化器比熱(J/kgK)；mc = 30 催化器質(zhì)量(kg)；CPjEG = 1050 排氣定壓比熱容(J/kgK)；AEadjSCE = 0. 9044 催化器輻射表面積(m2)；例如當(dāng) nCell = 2 時，a7 = 0. 0689 a9 = 8. 530e_13。下面參考圖2和圖3。其中圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的SCR控制方法流程圖，圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的SCR催化器溫度預(yù)測方法流程圖。如圖2所示，在步驟100，預(yù)測SCR催化器的溫度；在步驟110，根據(jù)SCR催化器的預(yù)測溫度和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，獲取SCR催化器的轉(zhuǎn)化率；在步驟120，根據(jù)發(fā)動機(jī)的NOx 排放量和SCR催化器的轉(zhuǎn)化率，計(jì)算向SCR催化器的尿素噴射量。如圖3所示，預(yù)測SCR催化器的溫度的步驟包括如下的步驟。在步驟200，將SCR 催化器劃分為多個微元；在步驟210，根據(jù)SCR催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量，計(jì)算多個微元的溫度；以及在步驟220，根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算SCR催化器的溫度。根據(jù)一個實(shí)施例，在SCR控制方法中，可以將SCR催化器劃分為2-10個微元。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以將SCR催化器的微元的個數(shù)優(yōu)選地劃分為5-6個。根據(jù)一個實(shí)施例，在確定SCR催化器的微元數(shù)量的同時，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)將SCR催化器中工作狀態(tài)基本相同的區(qū)域劃分為一個微元，即選擇微元的劃分方式。多個微元可以是串聯(lián)連接的，即第一個微元的輸出作為第二個微元的輸入。但是例如對于筒形的SCR催化器，多個微元也可以是相互并聯(lián)連接的。根據(jù)SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)的需要，多個微元甚至可以以串并聯(lián)結(jié)合的方式相互連接。這需要根據(jù)SCR催化器的具體情況，通過實(shí)驗(yàn)加以確定。根據(jù)一個實(shí)施例，在確定SCR催化器的微元數(shù)量和劃分方式的同時，還需要考慮多個SCR催化器微元的形狀和尺寸。由于SCR催化器的形狀和結(jié)構(gòu)等因素的影響，使得其在工作時，工作狀態(tài)基本相同的區(qū)域范圍可能各不相同，因此需要將SCR催化器劃分為大小不同的多個微元，即多個微元可以有彼此不同的形狀和/或尺寸。這同樣需要根據(jù)SCR 催化器的具體情況，通過實(shí)驗(yàn)加以確定。根據(jù)一個實(shí)施例，在SCR控制方法中，包括根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，通過簡單地計(jì)算各微元的溫度的算術(shù)平均值來計(jì)算SCR催化器的溫度。根據(jù)另一個實(shí)施例，在SCR控制方法中，包括根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，通過計(jì)算各微元的溫度的加權(quán)平均值來計(jì)算SCR催化器的溫度?？梢岳斫?，在上述SCR控制方法中記載的步驟100-120分別對應(yīng)于上文參考圖1 描述的SCR控制裝置3中的溫度預(yù)測裝置31、轉(zhuǎn)化率獲取裝置32和噴射量計(jì)算裝置33的操作和/或功能，其中步驟200-220分別對應(yīng)于上文參考圖1描述的溫度預(yù)測裝置31的具體操作和/或功能。由此，上文參考SCR控制裝置3的各個裝置而描述的特征同樣適用于 SCR控制方法的各個步驟。而且，SCR控制方法中記載的各個步驟可以按照不同的順序執(zhí)行和/或并行執(zhí)行。[0057]另外，應(yīng)當(dāng)理解，參考圖2和圖3描述的SCR控制方法可以通過計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。例如，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括至少一個計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其具有存儲于其上的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼部分。當(dāng)計(jì)算機(jī)可讀代碼部分由例如處理器執(zhí)行時，其用于執(zhí)行SCR 控制方法的步驟。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型真實(shí)精神的情況下，可以對本實(shí)用新型各實(shí)施方式進(jìn)行修改、變更和組合。本說明書中的描述僅僅是用于說明性的，而不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。本實(shí)用新型的范圍僅受所附權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求1.一種SCR催化器的溫度預(yù)測裝置，其特征在于包括 SCR催化器的多個微元，微元溫度計(jì)算裝置，連接到所述SCR催化器的各個微元，用于根據(jù)SCR催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量，計(jì)算多個微元的溫度，以及SCR催化器溫度計(jì)算裝置，連接到所述SCR催化器的多個微元，用于根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算SCR催化器的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述SCR催化器包括2-10個微元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述SCR催化器包括5-6個微元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述SCR催化器中的多個微元之間的連接關(guān)系為串聯(lián)連接或并聯(lián)連接或串并聯(lián)結(jié)合的連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述SCR催化器中的多個微元具有彼此不同的形狀和/或尺寸。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種SCR催化器的溫度預(yù)測裝置以及SCR催化器的溫度預(yù)測方法。其中所述溫度預(yù)測裝置包括SCR催化器的多個微元，用于根據(jù)SCR催化器的實(shí)際溫度、物理參數(shù)和發(fā)動機(jī)排氣流量，計(jì)算多個微元的溫度的裝置，以及用于根據(jù)計(jì)算的多個微元的溫度，計(jì)算SCR催化器的溫度的裝置。
文檔編號F01N11/00GK202250321SQ20112017853
公開日2012年5月30日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者佟德輝, 劉穎帥, 孫少軍 申請人:濰柴動力股份有限公司