CN106815413B - Scr温度场计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SCR温度场计算方法，其将整个催化剂均分成N份单体催化剂，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度；对任一单体催化剂，确定单体催化剂热量变化量；通过单体催化剂上游温度以及排气质量流量，确定单体催化剂修正比热容；单体催化剂热量变化量除以单体催化剂修正比热容、单体催化剂质量，得到单体催化剂下游温度变化量，所述单体催化剂下游温度变化量与上一步长催化剂下游温度的相加后，得到单体催化剂的当前催化剂下游温度。本发明在只使用一个温度传感器的情况下，能准确得到催化剂轴向各处的温度情况，节省成本，提高催化效率，安全可靠。

Description

SCR温度场计算方法
技术领域
本发明涉及一种计算方法，尤其是一种SCR温度场计算方法，具体地说说柴油机SCR后处理***的温度场计算方法，属于柴油机后处理***的技术领域。
背景技术
SCR***能有效减少柴油机NOx排放，SCR***控制的关键在于根据催化剂性能及原机排放计算合适的尿素喷射量。早期的控制策略一般根据发动机工况，参考相应工况下的催化剂效率确定尿素喷射量，这种方法简单，但容易造成尿素消耗高而总体转化效率低，只适合稳态。
随着法规越来越严格，排放测试循环考虑越来越多的低温和瞬态情况，准确预测SCR***催化剂的温度场显得格外重要，这是因为：
1、催化剂的效率与温度有关，通过准确计算的温度场可以对尿素喷射进行瞬态修正，减少因催化剂温度变化延迟导致的尿素过喷或少喷，引起氨泄漏或转化效率低的问题；
2、可以通过当前温度及催化剂的氨存储特性进行尿素的氨存储计算控制，并尽量使催化剂保持最高氨存储，提高催化剂转化效率；
3、随时监测催化剂温度变化情况，作为低温时后处理***热管理控制的开启依据。
对于催化剂温度的计算主要有两种方式：一种是直接从安装在催化器上的温度传感器获取参数，方法简单，但若只安装一个温度传感器，无法全面反映催化剂的温度情况，若安装多个温度传感器，又会提高SCR***成本；第二种方式则是通过催化剂上游温度传感器获取上游温度作为基础参数，同时根据精心设计的算法计算整个催化剂的温度场，这种方式即节省了成本，又能实时准确预测催化剂温度。
目前仅有少量企业采用第二种方式获取温度场，其计算基于能量守恒，将催化剂看成一个热辐射体，不断对外辐射散热。但这种计算方式是基于催化剂与周围环境相对静止的状态，而实际整车使用时，催化剂与环境相对运动，难以保证准确度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种SCR温度场计算方法，其在只使用一个温度传感器的情况下，能准确得到催化剂轴向各处的温度情况，节省成本，提高催化效率，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述SCR温度场计算方法，将整个催化剂均分成N份单体催化剂，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度；
对任一单体催化剂，通过排气质量流量、车速、环境压力、环境温度、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度，确定单体催化剂热量变化量；通过单体催化剂上游温度以及排气质量流量，确定单体催化剂修正比热容；单体催化剂热量变化量除以单体催化剂修正比热容、单体催化剂质量，得到单体催化剂下游温度变化量，所述单体催化剂下游温度变化量与上一步长催化剂下游温度的相加后，得到单体催化剂的当前催化剂下游温度。
第一份单体催化剂的上游温度由温度传感器测量得到，初始时，将所有单体催化剂的下游温度初始化为环境温度。
确定的单体催化剂热量变化量包括单体催化剂总吸热量以及单体催化剂向环境散热量，通过排气质量流量、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度确定单体催化剂总吸热量，通过环境压力、环境温度、车速以及对应的单体催化剂上游温度，确定得到单体催化剂向环境散热量，所述单体催化剂总吸热量与单体催化剂向环境散热量的差值为单体催化剂热量变化量。
通过排气质量流量、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度确定单体催化剂总吸热量时，根据单体催化剂上游温度查询得到排气比热容，根据单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度得到单体催化剂上下游温度差，所述单体催化剂上下游温度差与排气比热容、排气质量流量的相乘，得到单体催化剂总吸热量。
通过环境压力、车速、环境温度以及单体催化剂上游温度确定单体催化剂向环境散热量时，根据单体催化剂上游温度查询得到环境散热基础系数，通过环境压力查询得到环境压力修正系数，根据车速查询得到车速修正系数，环境散热基础系数、环境压力修正系数以及车速修正系数相乘后，得到环境散热系数；
根据当前单体催化剂的上一步长催化剂下游温度与环境温度的差值，得到散热温差，散热温差与环境散热系数以及单体催化剂散热面积相乘后，得到单体催化剂向环境散热量。
根据单体催化剂上游温度以及排气质量流量得到单体催化剂修正比热容时，根据单体催化剂上游温度查询得到催化剂比热容，通过排气质量流量查询得到比热容修正系数，所述催化剂比热容与比热容修正系数相乘后，得到单体催化剂修正比热容。
本发明的优点：将整个催化剂均分成若干单体催化剂，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度，基于能量平衡和对流换热，能得到所有单体催化剂的各处温度，即得到SCR温度场，精度高，整个确定SCR温度场时，只需要一个催化剂上游温度传感器，省去了下游温度传感器，降低了成本，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的逻辑图。
图2为本发明确定单体催化剂总吸热量的逻辑图。
图3为本发明确定单体催化剂向环境散热量的逻辑图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了能在只使用一个温度传感器的情况下，能准确得到催化剂轴向各处的温度情况，节省成本，本发明将整个催化剂均分成N份单体催化剂，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度；
对任一单体催化剂，通过排气质量流量、车速、环境压力、环境温度、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度，确定单体催化剂热量变化量；通过单体催化剂上游温度以及排气质量流量，确定单体催化剂修正比热容；单体催化剂热量变化量除以单体催化剂修正比热容、单体催化剂质量，得到单体催化剂下游温度变化量，所述单体催化剂下游温度变化量与上一步长催化剂下游温度的相加后，得到单体催化剂的当前催化剂下游温度。
具体地，整个催化剂均分成单体催化剂的数量N（N一般取5~10）可以根据需要进行选择，当单体催化剂的数量不同时，单体催化剂的质量、单体催化剂的散热面积等不同，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在均分得到N份单体催化剂后，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度；
本发明实施例中，对任一单体催化剂，上一步长催化剂下游温度，具体是指将上一单体催化剂的下游温度作为单体催化剂的上游温度时，所述单体催化剂对应的下游温度值。具体实施时，单体催化剂的上游温度通过紧邻的上一单体催化剂的下游温度获得，再计算得到单体催化剂的当前催化剂下游温度；在确定所有单体催化剂的当前催化剂下游温度后，即能够得到SCR温度场。此外，在下一个周期计算中，单体催化剂的当前催化剂下游温度即变成上一步长催化剂下游温度；通过重复上述计算过程，能够实时获得SCR温度场。
具体实施时，第一份单体催化剂的上游温度由温度传感器测量得到，初始时，将所有单体催化剂的下游温度初始化为环境温度。即初始时，所有单体催化剂的上一步长催化剂下游温度均为环境温度；第一份单体催化剂的下游温度为环境温度，在得到第一份单体催化剂的上游温度、第一份单体催化剂的下游温度后，通过上述对单体催化剂的当前催化剂下游温度计算过程，能得到第一份单体催化剂的当前催化剂下游温度。对紧邻第一份单体催化剂的第二份单体催化剂，第二份单体催化剂的上游温度为第一份单体催化剂的当前催化剂下游温度，第二份单体催化剂的下游温度为环境温度，重复上述计算过程，能得到第二份单体催化剂的当前催化剂下游温度。后续单体催化剂的上游温度、当前催化剂下游温度的确定过程，可以参考第一份单体催化剂、第二份单体催化剂的计算过程，具体不再一一说明。
在得到所有单体催化剂的当前催化剂下游温度后，对整个催化剂完成一个周期的SCR温度场计算。在下一计算周期中，上述确定单体催化剂的当前催化剂下游温度变即变成上一步长催化剂下游温度。重复上述计算周期，即可实时获得SCR温度场。
进一步地，根据单体催化剂上游温度以及排气质量流量得到单体催化剂修正比热容时，根据单体催化剂上游温度查询得到催化剂比热容，通过排气质量流量查询得到比热容修正系数，所述催化剂比热容与比热容修正系数相乘后，得到单体催化剂修正比热容。
本发明实施例中，催化剂比热容MAP模块能根据单体催化剂上游温度，查询得到催化剂比热容，比热容修正系数MAP模块能根据排气质量流量查询得到比热容修正系数，根据单体催化剂上游温度查MAP表得到催化剂比热容、以及根据排气质量流量查比热容修正系数MAP的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
进一步地，确定的单体催化剂热量变化量包括单体催化剂总吸热量以及单体催化剂向环境散热量，通过排气质量流量、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度确定单体催化剂总吸热量，通过环境压力、环境温度、车速以及对应的单体催化剂上游温度，确定得到单体催化剂向环境散热量，所述单体催化剂总吸热量与单体催化剂向环境散热量的差值为单体催化剂热量变化量。
如图2所示，通过排气质量流量、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度确定单体催化剂总吸热量时，根据单体催化剂上游温度查询得到排气比热容，根据单体催化剂上游温度以及单体催化剂的上一步长催化剂下游温度得到单体催化剂上下游温度差，所述单体催化剂上下游温度差与排气比热容、排气质量流量的相乘，得到单体催化剂总吸热量。
本发明实施例中，排气比热容MAP模块根据单体催化剂上游温度，查询得到排气比热容，具体查询得到排气比热容的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。采用本技术领域常用的技术手段，能得到排气质量流量，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
如图3所示，通过环境压力、车速、环境温度以及单体催化剂上游温度确定单体催化剂向环境散热量时，根据单体催化剂上游温度查询得到环境散热基础系数，通过环境压力查询得到环境压力修正系数，根据车速查询得到车速修正系数，环境散热基础系数、环境压力修正系数以及车速修正系数相乘后，得到环境散热系数；
根据当前单体催化剂的上一步长催化剂下游温度与环境温度的差值，得到散热温差，散热温差与环境散热系数以及单体催化剂散热面积相乘后，得到单体催化剂向环境散热量。
本发明实施例中，催化剂向环境散热系数MAP模块能根据单体催化剂上游温度，查询得到环境散热基础系数，具体查询得到环境散热基础系数的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。通过压力对散热修正系数MAP模块根据环境压力，能查询得到环境压力修正系数，通过车速对散热修正系数MAP模块根据车速，能查询得到车速修正系数；具体查询得到环境压力修正系数、车速修正系数的过程为本技术领域人员所熟知。环境温度、环境压力以及车速均可以通过相应的传感器进行数据采集得到，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
本发明将整个催化剂均分成若干单体催化剂，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度，基于能量平衡和对流换热，能得到所有单体催化剂的各处温度，即得到SCR温度场，精度高，整个确定SCR温度场时，只需要一个催化剂上游温度传感器，省去了下游温度传感器，降低了成本，安全可靠。

Claims (5)

1.一种SCR温度场计算方法，其特征是：将整个催化剂均分成N份单体催化剂，以每个单体催化剂的下游温度作为沿排气轴向分布的下一紧邻单体催化剂的上游温度；
对任一单体催化剂，通过排气质量流量、车速、环境压力、环境温度、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度，确定单体催化剂热量变化量；通过单体催化剂上游温度以及排气质量流量，确定单体催化剂修正比热容；单体催化剂热量变化量除以单体催化剂修正比热容、单体催化剂质量，得到单体催化剂下游温度变化量，所述单体催化剂下游温度变化量与上一步长催化剂下游温度的相加后，得到单体催化剂的当前催化剂下游温度；
其中，第一份单体催化剂的上游温度由温度传感器测量得到，初始时，将所有单体催化剂的下游温度初始化为环境温度。
2.根据权利要求1所述的SCR温度场计算方法，其特征是：确定的单体催化剂热量变化量包括单体催化剂总吸热量以及单体催化剂向环境散热量，通过排气质量流量、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度确定单体催化剂总吸热量，通过环境压力、环境温度、车速以及对应的单体催化剂上游温度，确定得到单体催化剂向环境散热量，所述单体催化剂总吸热量与单体催化剂向环境散热量的差值为单体催化剂热量变化量。
3.根据权利要求2所述的SCR温度场计算方法，其特征是：通过排气质量流量、对应的单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度确定单体催化剂总吸热量时，根据单体催化剂上游温度查询得到排气比热容，根据单体催化剂上游温度以及单体催化剂下游温度得到单体催化剂上下游温度差，所述单体催化剂上下游温度差与排气比热容、排气质量流量的相乘，得到单体催化剂总吸热量。
4.根据权利要求2所述的SCR温度场计算方法，其特征是：通过环境压力、车速、环境温度以及单体催化剂上游温度确定单体催化剂向环境散热量时，根据单体催化剂上游温度查询得到环境散热基础系数，通过环境压力查询得到环境压力修正系数，根据车速查询得到车速修正系数，环境散热基础系数、环境压力修正系数以及车速修正系数相乘后，得到环境散热系数；
根据当前单体催化剂的上一步长催化剂下游温度与环境温度的差值，得到散热温差，散热温差与环境散热系数以及单体催化剂散热面积相乘后，得到单体催化剂向环境散热量。
5.根据权利要求1所述的SCR温度场计算方法，其特征是：根据单体催化剂上游温度以及排气质量流量得到单体催化剂修正比热容时，根据单体催化剂上游温度查询得到催化剂比热容，通过排气质量流量查询得到比热容修正系数，所述催化剂比热容与比热容修正系数相乘后，得到单体催化剂修正比热容。
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