CN102926847B - 一种选择性催化还原尿素喷射修正方法、装置及*** - Google Patents

一种选择性催化还原尿素喷射修正方法、装置及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种选择性催化还原尿素喷射修正方法、装置及***，不但检测上游温T1，而且检测下游温度T2。检测的上游温度T1需要高于第一设定温度值，并且上下游温度差ΔT需要高于第二设定温度值，便启动尿素喷射。之所以要满足上游温度T1高于第一设定温度值，是用来保证满足尿素充分热解的温度。尿素水溶液一般在温度200℃以上会发生热解反应，产生氨气（NH3）。之所以要满足上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，是因为下游温度T2太低时，导致上下游温度差ΔT太大，而使SCR催化***的平均温度低于设定的尿素启喷温度时，仍然启动尿素喷射，从而保证最大限度地降低柴油机尾气中的有害物质氮氧化物（NOx）。

Description

一种选择性催化还原尿素喷射修正方法、装置及***
技术领域
本发明涉及发动机尾气处理技术领域，特别涉及一种选择性催化还原尿素喷射修正方法、装置及***。
背景技术
选择性催化还原（SCR，Selective Catalytic Reduction）技术是消除柴油机排气中氮氧化物的主要后处理技术之一。
根据功能SCR***主要分为控制单元、尿素剂量单元和催化反应单元三部分。
SCR***的控制单元与发动机的控制单元（ECU）集成在一起，主要用于执行SCR控制策略，并根据环境温度、排气温度、尿素液位、尿素温度、尿素压力、氮氧化物（NOx）浓度等传感器信号控制尿素剂量单元，以使尿素剂量单元根据需求定时定量地将尿素溶液喷射到排气气流中；尿素剂量单元主要包括尿素箱、尿素供给单元、尿素喷射单元、加热组件及连接管路和线路，保证尿素溶液的充分雾化和分解；催化反应单元主要包括SCR催化剂及其封装，用于将柴油机排气中的主要有害成分氮氧化物还原为氮气和水。
SCR***基本工作原理：排气从增压器涡轮流出后进入排气管中，同时由安装在排气管上的尿素喷射单元将定量的尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中，尿素液滴在高温废气作用下发生水解和热解反应，生成所需要的还原剂氨气（NH3），氨气（NH3）在催化剂的作用下将柴油机排气中的主要有害成分氮氧化物（NOx）有选择性地还原为氮气（N2）。有时为了防止过多的氨气（NH3）逃逸造成二次污染，还需要在SCR催化剂后方设置促使氨气（NH3）氧化成氮气（N2）的催化剂。
尿素的分子式为NH2CONH2，加水H2O后在高温下分解成NH3和CO2，此反应不需要催化条件即可完成：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2     （1）
在SCR催化器中的NH3和排气中的NO、NO2反应产生N2和H2O：
2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O    （2）
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O    （3）
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O   （4）
为防止发动机整个使用过程中氨气的泄露，有时需要在SCR催化***之后设置消除氨气的催化器，在这个催化器中NH3与O2反应生成N2和H2O：
4NH3+3O2→2N2+6H2O    （5）
现有技术中，尿素开始喷射的温度一般是以SCR催化***上游排温或SCR催化***平均温度为准，设定的尿素开始喷射的启喷温度一般为200℃，若排温高于200℃（其他启喷条件满足）则控制尿素开始喷射，反之则关闭尿素喷射。
但是，实际应用中，由于SCR催化***体积太大，例如轮船用或者非道路火车机车用的SCR催化***。或者由于其他原因导致的SCR催化***下游温度太低，从而导致SCR催化***平均温度太低，低于200℃，SCR***的控制单元便会控制尿素喷嘴停止尿素喷射。此时SCR催化***的上游温度远高于200℃，并且尿素喷嘴距离上游温度传感器还有一定距离，因此尿素喷嘴处的温度比上游温度传感器处的温度更高。如果这种情况下发动机处于排放工况，将达不到控制排放的效果，使得排放中的有害物质NOx泄露到空气中。
综上，现有技术中仅以SCR***的上游温度或平均温度为启动尿素喷射的条件不能有效地控制尾气排放。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种选择性催化还原尿素喷射修正方法、装置及***，能够有效控制发动机的尾气排放。
本发明实施例提供一种选择性催化还原尿素喷射修正方法，包括：
检测SCR催化***上游温度T1和下游温度T2；
由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；
如果所述上游温度T1高于第一设定温度值，并且所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值；则启动尿素喷射，反之关闭尿素喷射。
优选地，在启动尿素喷射之前还包括：检测涡轮后排温T3；
当涡轮后排温T3高于设定的尿素启喷温度时，并且所述上游温度T1高 于第一设定温度值，所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，则启动尿素喷射。
优选地，包括：第一检测单元、第二检测单元、温度差获得单元、第一判断单元、第二判断单元、控制单元；
所述第一检测单元，用于检测SCR催化***上游温度T1；
所述第二检测单元，用于检测SCR催化***下游温度T2；
所述温度差获得单元，用于由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；
所述第一判断单元，用于判断所述上游温度T1是否高于第一设定温度值；
所述第二判断单元，用于判断所述上下游温度差ΔT是否高于第二设定温度值；
所述控制单元，当所述第一判断单元判断所述T1高于第一设定温度值，并且所述第二判断单元判断所述ΔT高于第二设定温度值时，用于启动尿素喷射，反之关闭尿素喷射。
优选地，还包括：第三检测单元，用于检测涡轮后排温T3；
所述控制单元，当涡轮后排温T3高于设定的尿素启喷温度时，并且所述上游温度T1高于第一设定温度值，所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，则启动尿素喷射。
本发明实施例还提供一种选择性催化还原尿素喷射修正***，包括：上游温度传感器、下游温度传感器、SCR控制器DCU、SCR催化***、尿素喷射单元；
所述上游温度传感器和下游温度传感器分别设置于所述SCR催化***的上游和下游；
所述上游温度传感器，用于检测SCR催化***的上游温度T1；
所述下游温度传感器，用于检测SCR催化***的下游温度T2；
所述SCR控制器DCU，用于接收所述上游温度传感器发送的T1和下游温度传感器发送的T2，并由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；当判断所述上游温度T1高于第一设定温度值，并且所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值时，用于向尿素喷射单元发送启喷控制指令；
所述尿素喷射单元，当接收到所述启喷控制指令时，用于开启尿素喷嘴，向排气管中喷射尿素。
优选地，还包括：涡轮后排温温度传感器，用于检测涡轮后排温T3；
所述SCR控制器DCU，用于接收所述涡轮后排温温度传感器发送的T3、上游温度传感器发送的T1和下游温度传感器发送的T2，并由所述T1和T2计算上下游温度差ΔT；当判断所述T1高于第一设定温度值，并且所述ΔT高于第二设定温度值、涡轮后排温T3高于尿素启喷温度时，用于向尿素喷射单元发送启喷控制指令。
优选地，还包括：尿素箱和尿素供给单元；
所述尿素箱，用于盛装尿素溶液；
所述尿素供给单元连接所述尿素箱，用于将尿素箱中的尿素溶液供给所述尿素喷射单元。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例提供的选择性催化还原尿素喷射修正方法，不但检测上游温T1，而且检测下游温度T2。检测的上游温度T1需要高于第一设定温度值，并且上下游温度差ΔT需要高于第二设定温度值，便启动尿素喷射。之所以要满足上游温度T1高于第一设定温度值，是用来保证满足尿素充分热解的温度。尿素水溶液一般在温度200℃以上会发生热解反应，产生氨气（NH3）。之所以要满足上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，是因为下游温度T2太低时，导致上下游温度差ΔT太大，而使SCR催化***的平均温度低于设定的尿素启喷温度时，仍然启动尿素喷射，从而保证最大限度地降低柴油机尾气中的有害物质氮氧化物（NOx）。
附图说明
图1是本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正方法实施例一流程图；
图2是本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正方法实施例二流程图；
图3是本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正装置实施例一示意图；
图4是本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正装置实施例二示意图；
图5是本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正***实施例一示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正方法实施例一流程图。
本实施例提供一种选择性催化还原尿素喷射修正方法，包括：
S101：检测SCR催化***上游温度T1和下游温度T2；
由于有的SCR催化***的体积很大，例如船用或者非道路火车机车用的柴油机***。当SCR催化***的体积很大时，上游温度T1和下游温度T2的差距很大，例如，T2太低，T1较高，所以仅靠现有技术中的以上游温度T1或者排气的平均温度来作为是否开启尿素喷射的判据则不够准确。因此，本实施例中既检测上游温度T1，又检测下游温度T2。
S102：由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；
只所以获取上下游温度差ΔT，是因为上下游温度差ΔT太大，则会间接影响排气的平均温度。
S103：如果所述上游温度T1高于第一设定温度值，并且所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值；则执行S104；反之返回S100；
S104：启动尿素喷射；
S100：关闭尿素喷射。
本发明实施例提供的选择性催化还原尿素喷射修正方法，不但检测上游温T1，而且检测下游温度T2。检测的上游温度T1需要高于第一设定温度值，并且上下游温度差需要高于第二设定温度值，便启动尿素喷射。之所以要满足上游温度T1高于第一设定温度值，是用来保证满足尿素充分热解的温度。尿素水溶液一般在温度200℃以上会发生热解反应，产生氨气（NH3。之所以要满足上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，是因为上游温度T1太高，下游温度T2太低时，将导致上下游温度差ΔT太大，而使SCR催化***的平均温度低于设定的尿素启喷温度时，仍然启动尿素喷射，从而保证最大限度地降低柴油机尾气中的有害物质氮氧化物（NOx）。
参见图2，该图为本发明提供的选择性催化还原尿素喷射修正方法实施例二流程图。
本实施例与图1所示实施例一的区别是在S104之前增加了S201：满足涡轮后排温高于尿素启喷温度时，才执行S104。
在启动尿素喷射之前还包括：检测涡轮后排温T3；
当涡轮后排温T3高于设定的尿素启喷温度时，并且所述上游温度T1高于第一设定温度值，所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，则启动尿素喷射。
需要说明的是，以上实施例提供的修正方法一般针对柴油机处于低负荷区域，因此要严格控制SCR催化***的上游温度T1、下游温度T2和上下游温度差ΔT，从而保证不会造成尿素喷射雾化不完全出现尿素结晶情况。
基于上述SCR尿素喷射修正方法的方法，本发明还提供了SCR尿素喷射修正装置，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。
参见图3，该图为本发明提供的SCR尿素喷射修正装置实施例一示意图。
本实施例提供的SCR尿素喷射修正装置，包括：第一检测单元301、第二检测单元302、温度差获得单元303、第一判断单元304、第二判断单元305、控制单元306；
所述第一检测单元301，用于检测SCR催化***上游温度T1；
所述第二检测单元302，用于检测SCR催化***下游温度T2；
所述温度差获得单元303，用于由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；
所述第一判断单元304，用于判断所述上游温度T1是否高于第一设定温度值；
所述第二判断单元305，用于判断所述上下游温度差ΔT是否高于第二设定温度值；
所述控制单元306，当所述第一判断单元判断304所述T1高于第一设定温度值，并且所述第二判断单元305判断所述ΔT高于第二设定温度值时，用于启动尿素喷射，反之关闭尿素喷射。
本发明实施例提供的SCR尿素喷射修正装置，不但检测上游温T1，而且检测下游温度T2。检测的上游温度T1需要高于第一设定温度值，并且上下游温度差需要高于第二设定温度值，便启动尿素喷射。之所以要满足上游温度 T1高于第一设定温度值，是用来保证满足尿素充分热解的温度。尿素水溶液一般在温度200℃以上会发生热解反应，产生氨气（NH3）。之所以要满足上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，是因为下游温度T2太低时，导致上下游温度差ΔT太大，而使SCR催化***的平均温度低于设定的尿素启喷温度时，仍然启动尿素喷射，从而保证最大限度地降低柴油机尾气中的有害物质氮氧化物（NOx）。
参见图4，该图为本发明提供的SCR尿素喷射修正装置实施例二示意图。
本实施例提供的装置与图3所示的实施例提供的装置的区别是增加了第三检测单元401，用于检测涡轮后排温T3；
所述控制单元306，当涡轮后排温T3高于设定的尿素启喷温度时，并且所述上游温度T1高于第一设定温度值，所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，则启动尿素喷射。
需要说明的是，以上实施例提供的修正装置一般针对柴油机处于低负荷区域，因此要严格控制SCR催化***的上游温度T1、下游温度T2和上下游温度差ΔT，从而保证不会造成尿素喷射雾化不完全出现尿素结晶情况。
基于上述SCR尿素喷射修正方法的方法和装置，本发明还提供了SCR尿素喷射修正***，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。
参见图5，该图为本发明提供的SCR尿素喷射修正***实施例一示意图。
本实施例提供的SCR尿素喷射修正***，包括：上游温度传感器S1、下游温度传感器S2、SCR控制器DCU501、SCR催化***502、尿素喷射单元503；
所述上游温度传感器S1和下游温度传感器S2分别设置于所述SCR催化***502的上游和下游；
所述上游温度传感器S1，用于检测SCR催化***的上游温度T1；
所述下游温度传感器S2，用于检测SCR催化***的下游温度T2；
所述SCR控制器DCU501，用于接收所述上游温度传感器S1发送的T1和下游温度传感器S2发送的T2，并由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；当判断所述上游温度T1高于第一设定温度值，并且所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值时，用于向尿素喷射单元503发送启喷控 制指令；
所述尿素喷射单元503，当接收到所述启喷控制指令时，用于开启尿素喷嘴，向排气管504中喷射尿素。
本发明实施例提供的SCR尿素喷射修正***，通过在SCR催化***中设置上游温度传感器S1和下游温度传感器S2，不但检测上游温T1，而且检测下游温度T2。检测的上游温度T1需要高于第一设定温度值，并且上下游温度差需要高于第二设定温度值，便启动尿素喷射。之所以要满足上游温度T1高于第一设定温度值，是用来保证满足尿素充分热解的温度。尿素水溶液一般在温度200℃以上会发生热解反应，产生氨气（NH3）。之所以要满足上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，是因为上游温度T1太高，下游温度T2太低时，将导致上下游温度差ΔT太大，而使SCR催化***的平均温度低于设定的尿素启喷温度时，仍然启动尿素喷射，从而保证最大限度地降低柴油机尾气中的有害物质氮氧化物（NOx）。
另外，本发明提供的SCR尿素喷射修正***实施例二示意图。
本实施例提供的***与图5所示的实施例提供的***的区别是增加了：涡轮后排温温度传感器，用于检测涡轮后排温T3；
所述SCR控制器DCU501，用于接收所述涡轮后排温温度传感器S3发送的T3、上游温度传感器S1发送的T1和下游温度传感器S2发送的T2，并由所述T1和T2计算上下游温度差ΔT；当判断所述T1高于第一设定温度值，并且所述ΔT高于第二设定温度值，涡轮后排温T3高于尿素启喷温度时，用于向尿素喷射单元发送启喷控制指令。
另外，图5中还包括：尿素箱505和尿素供给单元506；
所述尿素箱505，用于盛装尿素溶液；
所述尿素供给单元506连接所述尿素箱505，用于将尿素箱505中的尿素溶液供给所述尿素喷射单元503。
需要说明的是，以上实施例提供的修正***一般针对柴油机处于低负荷区域，因此要严格控制SCR催化***的上游温度T1、下游温度T2和上下游温度差ΔT，从而保证不会造成尿素喷射雾化不完全出现尿素结晶情况。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的 限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种选择性催化还原尿素喷射修正方法，用于消除柴油机排气中的有害物质氮氧化物，其特征在于，包括：
检测SCR催化***上游温度T1和下游温度T2；
由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；
如果所述上游温度T1高于第一设定温度值，并且所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值；则启动尿素喷射，反之关闭尿素喷射。
2.根据权利要求1所述的选择性催化还原尿素喷射修正方法，其特征在于，在启动尿素喷射之前还包括：检测涡轮后排温T3；
当涡轮后排温T3高于设定的尿素启喷温度时，并且所述上游温度T1高于第一设定温度值，所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，则启动尿素喷射。
3.一种选择性催化还原尿素喷射修正装置，用于消除柴油机排气中的有害物质氮氧化物，其特征在于，包括：第一检测单元、第二检测单元、温度差获得单元、第一判断单元、第二判断单元、控制单元；
所述第一检测单元，用于检测SCR催化***上游温度T1；
所述第二检测单元，用于检测SCR催化***下游温度T2；
所述温度差获得单元，用于由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；
所述第一判断单元，用于判断所述上游温度T1是否高于第一设定温度值；
所述第二判断单元，用于判断所述上下游温度差ΔT是否高于第二设定温度值；
所述控制单元，当所述第一判断单元判断所述T1高于第一设定温度值，并且所述第二判断单元判断所述ΔT高于第二设定温度值时，用于启动尿素喷射，反之关闭尿素喷射。
4.根据权利要求3所述的选择性催化还原尿素喷射修正装置，其特征在于，还包括：第三检测单元，用于检测涡轮后排温T3；
所述控制单元，当涡轮后排温T3高于设定的尿素启喷温度时，并且所述上游温度T1高于第一设定温度值，所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值，则启动尿素喷射。
5.一种选择性催化还原尿素喷射修正***，用于消除柴油机排气中的有害物质氮氧化物，其特征在于，包括：上游温度传感器、下游温度传感器、SCR控制器DCU、SCR催化***、尿素喷射单元；
所述上游温度传感器和下游温度传感器分别设置于所述SCR催化***的上游和下游；
所述上游温度传感器，用于检测SCR催化***的上游温度T1；
所述下游温度传感器，用于检测SCR催化***的下游温度T2；
所述SCR控制器DCU，用于接收所述上游温度传感器发送的T1和下游温度传感器发送的T2，并由所述上游温度T1和下游温度T2计算上下游温度差ΔT；当判断所述上游温度T1高于第一设定温度值，并且所述上下游温度差ΔT高于第二设定温度值时，用于向尿素喷射单元发送启喷控制指令；
所述尿素喷射单元，当接收到所述启喷控制指令时，用于开启尿素喷嘴，向排气管中喷射尿素。
6.根据权利要求5所述的选择性催化还原尿素喷射修正***，其特征在于，还包括：涡轮后排温温度传感器，用于检测涡轮后排温T3；
所述SCR控制器DCU，用于接收所述涡轮后排温温度传感器发送的T3、上游温度传感器发送的T1和下游温度传感器发送的T2，并由所述T1和T2计算上下游温度差ΔT；当判断所述T1高于第一设定温度值，并且所述ΔT高于第二设定温度值、涡轮后排温T3高于尿素启喷温度时，用于向尿素喷射单元发送启喷控制指令。
7.根据权利要求5或6所述的选择性催化还原尿素喷射修正***，其特征在于，还包括：尿素箱和尿素供给单元；
所述尿素箱，用于盛装尿素溶液；
所述尿素供给单元连接所述尿素箱，用于将尿素箱中的尿素溶液供给所述尿素喷射单元。
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