本發(fā)明涉及一種計(jì)算方法，尤其是一種SCR氨存儲(chǔ)量計(jì)算方法，具體地說柴油機(jī)SCR后處理系統(tǒng)的氨存儲(chǔ)量計(jì)算方法，屬于柴油機(jī)后處理的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

SCR后處理技術(shù)是柴油機(jī)降低尾氣中NOx的主要技術(shù)手段，其基本原理是通過噴射尿素水解霧化形成的氨氣在催化器內(nèi)與排氣中的NOx發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成無害的氮?dú)?。而許多研究表明，氨與NOx反應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理是游離的氣相氨被催化劑吸附并存儲(chǔ)在表面上，吸附產(chǎn)生的存儲(chǔ)相的氨與NOx發(fā)生反應(yīng)。即存儲(chǔ)相的氨對(duì)NOx轉(zhuǎn)化存在極大影響，氨存儲(chǔ)量越高，其占飽和氨存儲(chǔ)量的比重越高，催化劑效率越高。

為滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，提高催化劑的使用效能，保證催化劑內(nèi)存儲(chǔ)的氨始終處于飽和狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際氨存儲(chǔ)量來調(diào)節(jié)尿素噴射成為提高SCR系統(tǒng)性能必然趨勢(shì)，而如何計(jì)算實(shí)際氨存儲(chǔ)值則成為一個(gè)重要的研究課題。

目前，國內(nèi)很多柴油機(jī)及后處理廠家展開了這方面的研究，建立基于氨存儲(chǔ)的尿素噴射控制策略，但其氨存儲(chǔ)量計(jì)算方法基本一樣，只在后期尿素噴射控制方面有細(xì)微差別。其氨存儲(chǔ)計(jì)算思路如下：通過在SCR下游NOx傳感器獲取NOx排放濃度，并通過與原機(jī)NOx排放濃度對(duì)比，以計(jì)算得到轉(zhuǎn)化的NOx濃度；引入排氣質(zhì)量流量計(jì)算得到轉(zhuǎn)化NOx的質(zhì)量，并以NH₃/NOx比為1計(jì)算消耗的氨質(zhì)量；噴射的氨質(zhì)量減去反應(yīng)消耗氨質(zhì)量即為增加的氨存儲(chǔ)量，通過積分形式累加原有的氨存儲(chǔ)量得到新的氨存儲(chǔ)量。

分析上述氨存儲(chǔ)計(jì)算方法，存在如下問題：

1)、計(jì)算當(dāng)前氨存儲(chǔ)增加量時(shí)，使用了當(dāng)前的氨噴射量和已反應(yīng)(即上一步長)消耗的氨含量，造成實(shí)際計(jì)算的延遲并由此帶來誤差。

2)、NOx傳感器存在NOx和NH₃的交叉敏感性問題。NOx傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)大部分工況下是不能夠區(qū)分出NOx值和NH₃值，NOx傳感器測(cè)量時(shí)會(huì)將NH₃氧化成NOx，即導(dǎo)致無法確定NOx傳感測(cè)量的是NOx還是NH₃。因此，若采用NOx傳感器測(cè)量的NOx值計(jì)算氨消耗量，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值與期望值偏差很大的問題。

3)、計(jì)算氨消耗量時(shí)，沒有考慮氨高溫氧化造成的損失。

4)、沒有考慮慢反應(yīng)的影響，慢反應(yīng)中NH₃/NOx消耗比為4/3，若扔按1:1的比例計(jì)算，得到的氨存儲(chǔ)值較實(shí)際偏高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種SCR氨存儲(chǔ)量計(jì)算方法，其在不使用NOx傳感器的前提下準(zhǔn)確計(jì)算出氨存儲(chǔ)量，為實(shí)現(xiàn)催化劑最大效能對(duì)尿素噴射進(jìn)行精確控制提供必要的基礎(chǔ)，降低成本，提高了催化劑的使用效能。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述SCR氨存儲(chǔ)量計(jì)算方法，通過催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量確定NH₃吸附剩余量，通過NH₃噴射量、催化劑溫度、排氣空速以及催化劑上游NO₂/Nox比例確定NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量，將確定NH₃吸附剩余量減去NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量，以得到NH₃存儲(chǔ)變化量；將所述NH₃存儲(chǔ)變化量與上一步長NH₃存儲(chǔ)量累加，以得到當(dāng)前NH₃存儲(chǔ)量。

通過當(dāng)前氨吸附剩余量計(jì)算模塊對(duì)催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量計(jì)算確定NH₃吸附剩余量；所述當(dāng)前氨吸附剩余量計(jì)算模塊包括NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊；

上一步長NH₃存儲(chǔ)量以及催化劑溫度分別與NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊連接，NH₃吸附速率MAP模塊根據(jù)催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量能得到NH₃吸附量，NH₃脫附速率MAP模塊根據(jù)催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量能得到NH3脫附量，所述NH₃吸附量與NH₃脫附量間的差值為NH₃吸附剩余量。

在確定NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量時(shí)，利用氨氧化消耗量計(jì)算模塊確定NH₃氧化消耗量，利用降NOx反應(yīng)NH₃消耗量計(jì)算模塊確定NOx反應(yīng)NH₃消耗量，NH₃氧化消耗量與NOx反應(yīng)NH₃消耗量累加得到NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量；

氨氧化消耗量計(jì)算模塊包括NH₃氧化系數(shù)MAP模塊，所述NH₃氧化系數(shù)MAP模塊同時(shí)接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并輸出NH₃氧化系數(shù)，所述NH₃氧化系數(shù)與NH₃噴射量相乘后，得到NH₃氧化消耗量。

所述降NOx反應(yīng)NH₃消耗量計(jì)算模塊包括NO₂/NOx＝a的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊以及NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊；其中，0≤a＜b＝0.5＜c≤1；

NO₂/NOx＝a的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊分別接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并分別向NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊輸入NO₂/NOx＝a時(shí)NOx轉(zhuǎn)化效率、NO₂/NOx＝b時(shí)NOx轉(zhuǎn)化效率以及NO₂/NOx＝c時(shí)NOx轉(zhuǎn)化效率；

NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊還接收催化劑上游NO₂/NOx的比例x，并將所述催化劑上游NO₂/NOx比例x分別與a、b、c比較，且通過插值確定當(dāng)前工況催化劑的NOx轉(zhuǎn)化效率；

NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊輸出的NOx轉(zhuǎn)化效率與催化劑上游NOx相乘，以得到NOx反應(yīng)量；催化劑上游NO₂/NOx比例x還輸入至NH₃/NOx比例計(jì)算模塊，NH₃/NOx比例計(jì)算模塊根據(jù)催化劑上游NO₂/NOx的比例x得到NH₃/NOx比例；所述NH₃/NOx比例與NOx反應(yīng)量相乘，以得到NOx反應(yīng)NH₃消耗量。

NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊進(jìn)行插值計(jì)算時(shí)，先對(duì)催化劑上游NO₂/NOX的比例x的大小進(jìn)行判斷，當(dāng)x≤0.5時(shí)，插值計(jì)算過程為：當(dāng)x＞0.5時(shí)，插值計(jì)算過程為：其中，F(xiàn)(a)為NO₂/NOx＝a時(shí)的NOx轉(zhuǎn)化效率，F(xiàn)(b)為NO₂/NOx＝b時(shí)的NOx轉(zhuǎn)化效率。

NH3/NOx比例計(jì)算模塊根據(jù)催化劑上游NO₂/NOx比例x計(jì)算得到NH₃/NOx比例時(shí)，先對(duì)催化劑上游NO₂/NOx的比例x的大小進(jìn)行判斷，當(dāng)x＞0.5時(shí)，NH₃/NOx的比例為2*(1-x)+(2*x-1)*4/3；當(dāng)x≤0.5時(shí)，NH₃/NOx比例為1。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：通過計(jì)算確定當(dāng)前NH₃存儲(chǔ)量，省去了氨傳感器，降低了成本，在計(jì)算確定當(dāng)前NH₃存儲(chǔ)量過程中，綜合了主要化學(xué)反應(yīng)過程，并基于所使用催化劑的固有屬性，實(shí)時(shí)性好，結(jié)果準(zhǔn)確，用于尿素噴射控制時(shí)，能有效提高催化劑的使用效能，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的邏輯圖。

圖2為本發(fā)明確定當(dāng)前NH₃吸附剩余量的邏輯圖。

圖3為本發(fā)明確定NH₃氧化消耗量的邏輯圖。

圖4為本發(fā)明確定降NOx反應(yīng)NH₃消耗量的邏輯圖。

圖5為本發(fā)明確定NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊的插值計(jì)算邏輯圖。

圖6為本發(fā)明確定NH₃/NOx比例計(jì)算模塊的計(jì)算邏輯圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示：為了準(zhǔn)確計(jì)算出氨存儲(chǔ)量，為實(shí)現(xiàn)催化劑最大效能對(duì)尿素噴射進(jìn)行精確控制提供必要的基礎(chǔ)，降低成本，提高催化劑的使用效能，本發(fā)明通過催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量確定NH₃吸附剩余量，通過NH₃噴射量、催化劑溫度、排氣空速以及催化劑上游NO₂/Nox比例確定NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量，將確定NH₃吸附剩余量減去NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量，以得到NH₃存儲(chǔ)變化量；將所述NH₃存儲(chǔ)變化量與上一步長NH₃存儲(chǔ)量累加，以得到當(dāng)前NH₃存儲(chǔ)量。

具體地，吸附于催化劑表面的氨，只有四種轉(zhuǎn)換形式，分別是脫附逃逸、氧化、與NOx發(fā)生反應(yīng)消耗以及存儲(chǔ)于催化劑表面；基于質(zhì)量守恒定律以及催化劑表面發(fā)生的系列化學(xué)反應(yīng)，并根據(jù)上述氨的四種轉(zhuǎn)化形式，即能得到當(dāng)前NH3存儲(chǔ)量。本發(fā)明實(shí)施例中，上一步長NH₃存儲(chǔ)量是指，在前一次計(jì)算得到的當(dāng)前氨(NH₃)存儲(chǔ)量，在計(jì)算開始時(shí)氨存儲(chǔ)量的初始值為0。

如圖2所示，通過當(dāng)前氨吸附剩余量計(jì)算模塊對(duì)催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量計(jì)算確定NH₃吸附剩余量；所述當(dāng)前氨吸附剩余量計(jì)算模塊包括NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊；

上一步長NH₃存儲(chǔ)量以及催化劑溫度分別與NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊連接，NH₃吸附速率MAP模塊根據(jù)催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量能得到NH₃吸附量，NH₃脫附速率MAP模塊根據(jù)催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲(chǔ)量能得到NH₃脫附量，所述NH₃吸附量與NH₃脫附量間的差值為NH₃吸附剩余量。

本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)前吸附在催化劑表面的氨的剩余量是由氨的吸附和脫附過程決定的，而氨的吸附速率和脫附速率主要受催化劑溫度和上一步長NH₃存儲(chǔ)量(氨)含量影響。上一步長NH₃存儲(chǔ)量越高，氨的吸附速率越低，而脫附速率則越高，兩者逐漸趨于相等，反之亦然；催化劑溫度越高，氨的吸附速率和脫附速率都提高，但脫附速率提高速度更快。

根據(jù)上一步長NH₃存儲(chǔ)量以及催化劑溫度，NH₃吸附速率MAP模塊查找對(duì)應(yīng)的MAP，可以得到NH₃吸附量，根據(jù)上一步長NH₃存儲(chǔ)量以及催化劑溫度，NH₃脫附速率MAP模塊查找對(duì)應(yīng)的MAP，可以得到NH₃脫附量，將NH₃吸附量減去NH₃脫附量，即可得到NH₃吸附剩余量。本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)上一步長NH₃存儲(chǔ)量以及催化劑溫度查找對(duì)應(yīng)的MAP的具體過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。催化劑溫度一般可以通過催化劑溫度傳感器獲得，催化劑溫度的具體獲得過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖3所示，在確定NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量時(shí)，利用氨氧化消耗量計(jì)算模塊確定NH₃氧化消耗量，利用降NOx反應(yīng)NH₃消耗量計(jì)算模塊確定NOx反應(yīng)NH₃消耗量，NH₃氧化消耗量與NOx反應(yīng)NH₃消耗量累加得到NH₃化學(xué)反應(yīng)消耗量；

氨氧化消耗量計(jì)算模塊包括NH₃氧化系數(shù)MAP模塊，所述NH₃氧化系數(shù)MAP模塊同時(shí)接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并輸出NH₃氧化系數(shù)，所述NH₃氧化系數(shù)與NH₃噴射量相乘后，得到NH₃氧化消耗量。

本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)催化劑溫度以及排氣空速，NH₃氧化系數(shù)MAP模塊查找對(duì)應(yīng)的MAP能得到NH₃氧化系數(shù)，NH3氧化系數(shù)與NH₃噴射量相乘，即可得到NH3氧化消耗量，NH₃氧化系數(shù)MAP模塊根據(jù)催化劑溫度以及排氣空速查找對(duì)應(yīng)MAP得到NH₃氧化系數(shù)的具體過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖4所示，所述降NOx反應(yīng)NH₃消耗量計(jì)算模塊包括NO₂/NOx＝a的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊以及NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊；其中，0≤a＜b＝0.5＜c≤1；

NO₂/NOx＝a的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉(zhuǎn)化效率MAP模塊分別接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并分別向NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊輸入NO₂/NOx＝a時(shí)NOx轉(zhuǎn)化效率、NO₂/NOx＝b時(shí)NOx轉(zhuǎn)化效率以及NO₂/NOx＝c時(shí)NOx轉(zhuǎn)化效率；

NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊還接收催化劑上游NO₂/NOx的比例x，并將所述催化劑上游NO₂/NOx比例x分別與a、b、c比較，且通過插值確定當(dāng)前工況催化劑的NOx轉(zhuǎn)化效率；

NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊輸出的NOx轉(zhuǎn)化效率與催化劑上游NOx相乘，以得到NOx反應(yīng)量；催化劑上游NO₂/NOx比例x還輸入至NH₃/NOx比例計(jì)算模塊，NH₃/NOx比例計(jì)算模塊根據(jù)催化劑上游NO₂/NOx的比例x得到NH₃/NOx比例；所述NH₃/NOx比例與NOx反應(yīng)量相乘，以得到NOx反應(yīng)NH₃消耗量。

本發(fā)明實(shí)施例中，在獲得催化劑溫度以及排氣空速后，通過查表能分別獲得NO2/NOx比例分別為a、b、c時(shí)的催化劑轉(zhuǎn)化效率，具體實(shí)施時(shí)，NO₂/NOx＝a時(shí)，對(duì)應(yīng)的催化劑轉(zhuǎn)化效率為F(a)，NO₂/NOx＝b時(shí)，對(duì)應(yīng)的催化劑轉(zhuǎn)化效率為F(b)，當(dāng)NO₂/NOx＝c時(shí)，對(duì)應(yīng)的催化劑效率為F(c)。所述轉(zhuǎn)化效率F(a)、F(b)以及F(c)分別輸入至NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊，NOx轉(zhuǎn)化插值計(jì)算模塊對(duì)催化劑上游NO2/NOx的比例x進(jìn)行插值計(jì)算，以得到NOx轉(zhuǎn)化效率。一般地，通過原機(jī)排放標(biāo)定得到催化劑上游NO₂/NOx比例x，具體過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。此外，根據(jù)催化劑溫度以及排氣空速查表得到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化效率F(a)、F(b)以及F(c)的過程也為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖5所示，NOx轉(zhuǎn)化效率插值計(jì)算模塊進(jìn)行插值計(jì)算時(shí)，先對(duì)催化劑上游NO₂/NOX的比例x的大小進(jìn)行判斷，當(dāng)x≤0.5時(shí)，插值計(jì)算過程為：當(dāng)x＞0.5時(shí)，插值計(jì)算過程為：其中，F(xiàn)(a)為NO₂/NOx＝a時(shí)的NOx轉(zhuǎn)化效率，F(xiàn)(b)為NO₂/NOx＝b時(shí)的NOx轉(zhuǎn)化效率。

如圖6所示，NH3/NOx比例計(jì)算模塊根據(jù)催化劑上游NO₂/NOx比例x計(jì)算得到NH₃/NOx比例時(shí)，先對(duì)催化劑上游NO₂/NOx的比例x的大小進(jìn)行判斷，當(dāng)x＞0.5時(shí)，NH₃/NOx的比例為2*(1-x)+(2*x-1)*4/3；當(dāng)x≤0.5時(shí)，NH₃/NOx比例為1。

本發(fā)明實(shí)施例中，計(jì)算NH₃/NOx消耗比的基本思想是：快反應(yīng)先于標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)先于慢反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程可知，NO₂/NOx﹤0.5時(shí)，主要考慮快反應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)NH₃/NOx消耗比為均為1；否則，考慮標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)和慢反應(yīng)，慢反應(yīng)NH₃/NOx消耗比為4/3，即當(dāng)x＞0.5時(shí)，NH₃/NOx的比例為2*(1-x)+(2*x-1)*4/3；當(dāng)x≤0.5時(shí)，NH₃/NOx比例為1。

本發(fā)明通過計(jì)算確定當(dāng)前NH₃存儲(chǔ)量，省去了氨傳感器，降低了成本，在計(jì)算確定當(dāng)前NH₃存儲(chǔ)量過程中，綜合了主要化學(xué)反應(yīng)過程，并基于所使用催化劑的固有屬性，實(shí)時(shí)性好，結(jié)果準(zhǔn)確，用于尿素噴射控制時(shí)，能有效提高催化劑的使用效能，安全可靠。