CN112727579B - 柴油机dpf主动再生时脱除scr载体储氨的控制方法、***及电子设备 - Google Patents

柴油机dpf主动再生时脱除scr载体储氨的控制方法、***及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法、***及电子设备，涉及柴油机尾气排放技术领域，方法包括步骤：ECU发出PDF再生请求；收到再生请求后，SCR控制***停止尿素喷射，开始计时，直到脱氨时间达到所述预期脱氨时间，通过广播告知ECU允许PDF再生；所述预期脱氨时间由ECU计算获得，ECU收到告知后，再发出PDF执行再生动作的指令。本发明能够有效避免了DPF再生高温环境下SCR表面缩二脲的形成，保证了SCR转化效率不受DPF再生的破坏影响，有效防止SCR失效。

Description

柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法、***及 电子设备
技术领域
本发明涉及柴油机尾气排放技术领域，具体涉及一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法、***及电子设备。
背景技术
目前在卡车上主要采用的有EGR与SCR两大技术路线，用于降低污染物，达到环保目的，让柴油机的排放尾气更加清洁。SCR，即Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原；SCR路线是在缸内减少颗粒物产生，在排气***上加装附属部件，减少氮氧化物排放；主要利用尿素为还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水。EGR，即Exhaust Gas Recirculation，废气再循环；EGR路线是在缸内部抑制氮氧化物产生，在排气***上安装颗粒物催化氧化器POC、柴油机氧化催化器DOC降低颗粒物排放。
柴油车辆常采用SCR+DPF排放控制技术实现降低氮氧化物与颗粒物排放。DPF ，即Diesel Particulate Filter，为柴油颗粒过滤器，安装在排气***中，通过DPF能将尾气中的颗粒物过滤捕捉，可以减少尾气中的颗粒物。DPF作为颗粒排放的捕集器，需要在其过滤能力达到上限前进行有效DPF再生，才能维持正常的颗粒捕集功能。DPF再生过程中，其后端的SCR载体要经历持续的500℃以上高温，对于具备氨存储的SCR而言，若不能在DPF再生前，将储氨及时脱附掉，则在高温下容易形成缩二脲附着在SCR表面，阻碍氨与氮氧化物在反应面的接触，从而导致SCR的失效。
发明内容
技术目的：为解决上述技术问题，本发明提供了一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法、***及电子设备，其能够有效避免了DPF再生高温环境下SCR表面缩二脲的形成，保证了SCR转化效率不受DPF再生的破坏影响。
技术方案：为达到上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，具体包括步骤：
1）ECU发出PDF再生请求；
2）收到再生请求后，SCR控制***停止尿素喷射，开始计时，直到脱氨时间达到所述预期脱氨时间Tdes，通过广播告知ECU允许PDF再生；
所述预期脱氨时间Tdes由ECU获得，满足式（1）关系：
Figure 934681DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
其中，Tbas表示基础脱氨时间、CTemp 表示第一脱氨时间修正率、CMass表示第二脱氨时间修正率，三个参数分别由ECU通过测量及计算尿素平均消耗率Rdes、SCR载体中气体的平均温度和废气流量，并查询对应的三种MAP获得；
3）ECU收到告知后，再发出PDF执行再生动作的指令。
优选地，步骤2）具体包括步骤：
2.1）ECU计算车辆当次循环的尿素平均消耗率Rdes：
根据当次驾驶循环尿素的喷射指令起始点，记录车辆当次循环消耗尿素的里程Dact；
根据当次驾驶循环尿素实时的需求喷射量，记录车辆当次循环尿素需求消耗量Qdes；
当上述车辆当次循环消耗尿素的里程Dact达到阈值
Figure 140534DEST_PATH_IMAGE002
，且车辆当次循环尿 素需求消耗量Qdes达到阈值
Figure 382029DEST_PATH_IMAGE003
，将消耗量Qdes与消耗尿素的里程Dact相除，得到车辆 当次循环的尿素平均消耗率Rdes，
Figure 280714DEST_PATH_IMAGE004
；
2.2) 采集当前SCR载体前端排气温度
Figure 991181DEST_PATH_IMAGE005
和后端排气温度
Figure 735147DEST_PATH_IMAGE006
，ECU计算出载体 中气体的平均温度Tavg，
Figure 96727DEST_PATH_IMAGE007
；
2.3）ECU中存储的MAP包括第一MAP、第二MAP和第三MAP，根据尿素平均消耗率Rdes查询第一MAP获得基础脱氨时间Tbas，根据载体中气体的平均温度Tavg查询第二MAP获得第一脱氨时间修正率CTemp ，根据废气流量查询第三MAP获得第二脱氨时间修正率CMass。
优选地，所述步骤2.3）中，第一MAP通过以下步骤获得：
A1、选定基础脱氨时间MAP标定插值点，由目标试验车在转鼓试验台上进行若干次全球统一轻型车辆测试循环WLTC驾驶循环，同时人为将循环喷射量系数从0.1逐次增大至3，计算得到不同喷射量系数驾驶循环的尿素平均消耗率Rdes；
A2、步骤A1中每次驾驶循环结束后，均将车辆静置，直至载体中气体的平均温度Tavg达到一固定值Tmid，进入下一步；
A3、车辆启动后原地驻车，油门开度30%，通过上下游氮氧化物浓度判断载体中氨是否脱除干净；当下游氮氧化物浓度上升后趋于平稳，与上游氮氧化物浓度的差值小于浓度预设值，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，记录上述启动后的时间，作为当次平均消耗率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas，即获得所述平均消耗率Rdes对应的基础脱氨时间Tbas，并记录到第一MAP中。
优选地，所述步骤2.3）中，第二MAP通过以下步骤获得：
B1、由目标试验车在转鼓试验台上进行若干次全球统一轻型车辆测试循环WLTC驾驶循环，并设定循环喷射量系数为1，每次驾驶循环结束后，分别将车辆静置，直至载体中气体的平均温度Tavg属于预设最大温度Tmax到预设最小温度Tmin之间的若干定点；在每个定点达到时，进入下一步；
B2、车辆启动后原地驻车，油门开度30%，通过上下游氮氧化物浓度判断载体中氨是否脱除干净；当下游氮氧化物浓度上升后趋于平稳，与上游氮氧化物浓度的差值小于浓度预设值，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，记录上述启动后的时间，作为当前平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp；
B3、分别将不同平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp，与循环喷射量系数为1时平均消耗 率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas相除，获得各自平均温度Tavg对应的第一脱氨时间修正 率CTemp，
Figure 900735DEST_PATH_IMAGE008
，并记录到第二MAP中。
优选地，所述步骤2.3）中，第三MAP通过以下步骤获得：
C1、 反复进行步骤A1中循环喷射量系数为1的驾驶循环，并执行步骤A2，将车辆静置直至载体中气体的平均温度Tavg达到固定值Tmid；在此条件下，进一步下一步；
C2、车辆启动后原地驻车，油门开度从10%逐次升高到80%，通过上下游NOx浓度判断载体中氨是否脱除干净。当下游NOx浓度上升后趋于平稳，与上游氮氧化物浓度的差值小于浓度预设值，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，逐次记录上述启动后的时间，以及当次油门开度对应的废气流量，作为当次废气流量的脱氨时间Tsamp；
C3、分别将不同废气流量对应的脱氨时间Tsamp，与循环喷射量系数为1时平均消 耗率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas相除，获得各自废气流量对应的第二脱氨时间修正率 CMass，
Figure 364077DEST_PATH_IMAGE009
，并记录到第三MAP中。
一种柴油机主动再生时脱氨控制***，其特征在于，包括：
SCR控制***，使用尿素作为还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水；
尿素给料装置，用于将尿素喷射至SCR柴油机微粒过滤器的前端；
传感器单元，包括用于计算车辆行驶里程的车速传感器、用于检测SCR装置中载体温度的温度传感器、检测氮氧化物浓度的浓度传感器、以及用于检测尿素消耗量的液位传感器；
DPF装置，执行捕捉尾气中的颗粒物的操作以及DPF再生操作；
ECU行车电脑，接收传感器装置发送的信息，并执行所述控制方法。
一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行所述方法。
技术效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
本发明方法根据ECU广播的再生需求决定是否开启脱氨功能，当SCR控制***收到再生请求后，停止尿素喷射并根据尿素消耗率计算脱氨时间；脱氨结束后，通过广播告知ECU允许再生，ECU收到告知后再执行主动再生动作，能够使SCR设备在DPF再生前将储氨及时脱附掉，防止SCR设备失效，延长了使用寿命，同时能够更好地满足排放限制条件，尽可能减少尿素的消耗量。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的方法所应用的***实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示本发明实现了一种DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，具体步骤如下：
根据当次驾驶循环尿素的喷射指令起始点，记录车辆当次循环消耗尿素的里程Dact；
根据当次驾驶循环尿素实时的需求喷射量，记录车辆当次循环尿素需求消耗量Qdes；
当上述车辆当次循环消耗尿素的里程Dact达到阈值
Figure 632772DEST_PATH_IMAGE010
，且车辆当次循环尿素 需求消耗量Qdes达到阈值
Figure 599591DEST_PATH_IMAGE011
，将消耗量Qdes与消耗尿素的里程Dact相除，得到车辆当 次循环的平均消耗率Rdes，
Figure 840079DEST_PATH_IMAGE012
；
采集当前SCR载体前端排气温度
Figure 712089DEST_PATH_IMAGE013
和后端排气温度
Figure 63436DEST_PATH_IMAGE014
，由此计算出载体 中气体的平均温度Tavg，
Figure 884762DEST_PATH_IMAGE015
；
平均消耗率Rdes查询对应MAP获得基础脱氨时间Tbas；
气体的平均温度Tavg查询对应MAP获得脱氨时间修正CTemp ；
废气流量查询对应MAP获得脱氨时间修正CMass；
脱氨时间
Figure 296151DEST_PATH_IMAGE016
。
当收到ECU的再生动作请求后，尿素停止喷射，并开始计时。直到时间达到上述脱氨时间Tdes，认为载体中储氨已脱除，告知ECU放行再生动作。
本发明中，根据上述三种参数查询对应的MAP以及MAP的生成步骤如下：
S1、平均消耗率Rdes查询对应MAP获得基础脱氨时间Tbas；
S2、气体的平均温度Tavg查询对应MAP获得脱氨时间修正CTemp；
S3、废气流量查询对应MAP获得脱氨时间修正CMass。
步骤S1中，预先标定根据平均消耗率Rdes的基础脱氨时间Tbas，包括如下步骤：
S1.1、选定基础脱氨时间MAP标定插值点。柴油车在转鼓试验台上进行若干次WLTC（全球统一轻型车辆测试循环）驾驶循环，同时人为将循环喷射量系数从0.1逐次增大至3，计算得到不同喷射量系数驾驶循环的平均消耗率Rdes。
S1.2、上述驾驶循环每次结束后，均将车辆静置直至气体的平均温度Tavg达到一固定值Tmid。在此条件下，进行步骤S3确定各平均消耗率Rdes对应的基础脱氨时间Tbas。
S1.3、车辆启动后原地驻车，油门开度30%，通过上下游NOx浓度判断载体中氨是否脱除干净。通过布置于SCR载体前后端的氮氧化物浓度传感器获取上下游NOx浓度。当下游NOx浓度上升后趋于平稳，与上游NOx浓度基本接近，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，记录上述启动后的时间，作为当次平均消耗率Rdes对应所对应的基础脱氨时间Tbas。
步骤S2中，根据气体的平均温度Tavg获得脱氨时间修正CTemp，标定步骤如下：
S2.1、 反复进行步骤S1.1中循环喷射量系数为1的驾驶循环，循环结束后分别将车辆静置直至气体的平均温度Tavg达到Tmax到Tmin之间的若干定点。在每个定点达到时，分别进行步骤S2.2确定当前平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp。
S2.2、车辆启动后原地驻车，油门开度30%，通过上下游NOx浓度判断载体中氨是否脱除干净。当下游NOx浓度上升后趋于平稳，与上游NOx浓度基本接近，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，记录上述启动后的时间，作为当前平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp。
S2.3、分别将不同平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp，与循环喷射量系数为1时平均消 耗率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas相除，获得各自平均温度Tavg对应的脱氨时间修正 CTemp：
Figure 999665DEST_PATH_IMAGE017
。
步骤3中，根据废气流量对应脱氨时间修正CMass的预设标定步骤如下：
S3.1、 反复进行步骤S1.1中循环喷射量系数为1的驾驶循环，并执行步骤S1.2将车辆静置直至气体的平均温度Tavg达到固定值Tmid。在此条件下，反复进行步骤S3.2以获得不同废气流量所对应的脱氨时间Tsamp。
S3.2、车辆启动后原地驻车，油门开度从10%逐次升高到80%，通过上下游NOx浓度判断载体中氨是否脱除干净。当下游NOx浓度上升后趋于平稳，与上游NOx浓度基本接近，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，逐次记录上述启动后的时间，以及当次油门开度对应的废气流量，作为当前废气流量的脱氨时间Tsamp。
S3.3、分别将不同废气流量的脱氨时间Tsamp，与循环喷射量系数为1时平均消耗 率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas相除，获得各自废气流量对应的脱氨时间修正CMass：
Figure 138391DEST_PATH_IMAGE009
。
如图2所示，本发明还公开了一种柴油机主动再生时脱氨控制***，包括：
SCR控制***，设有SCR载体，使用尿素作为还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水；DPF装置，执行捕捉尾气中的颗粒物的操作以及DPF再生操作；ECU （Electronic Control Unit）行车电脑，接收传感器装置发送的信息，并执行所述控制方法；尿素给料装置，用于将尿素喷射至SCR柴油机微粒过滤器的前端；以及图中未示出的其它单元，如传感器单元，包括用于检测汽车当前的行驶位置的距离优传感器、用于检测SCR装置中载体温度的温度传感器、检测氮氧化物浓度的浓度传感器、以及用于检测尿素消耗量的液位传感器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，具体包括步骤：
1）ECU发出PDF再生请求；
2）收到再生请求后，SCR控制***停止尿素喷射，开始计时，直到脱氨时间达到预期脱氨时间Tdes，通过广播告知ECU允许PDF再生；
所述预期脱氨时间Tdes由ECU获得，满足式（1）关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
其中，Tbas表示基础脱氨时间、CTemp表示第一脱氨时间修正率、CMass表示第二脱氨时间修正率，三个参数分别由ECU通过测量及计算尿素平均消耗率Rdes、SCR载体中气体的平均温度和废气流量，并查询对应的三种MAP获得；
3）ECU收到告知后，再发出PDF执行再生动作的指令。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，其特征在于，步骤2）具体包括步骤：
2.1）ECU计算车辆当次循环的尿素平均消耗率Rdes：
根据当次驾驶循环尿素的喷射指令起始点，记录车辆当次循环消耗尿素的里程Dact；
根据当次驾驶循环尿素实时的需求喷射量，记录车辆当次循环尿素需求消耗量Qdes；
当上述车辆当次循环消耗尿素的里程Dact达到阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，且车辆当次循环尿素需求消耗量Qdes达到阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，将消耗量Qdes与消耗尿素的里程Dact相除，得到车辆当次循环的尿素平均消耗率Rdes，Rdes=Qdes/Dact；
2.2) 采集当前SCR载体前端排气温度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和后端排气温度
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，ECU计算出载体中气体的平均温度Tavg，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
2.3）ECU中存储的MAP包括第一MAP、第二MAP和第三MAP，根据尿素平均消耗率Rdes查询第一MAP获得基础脱氨时间Tbas，根据载体中气体的平均温度Tavg查询第二MAP获得第一脱氨时间修正率CTemp ，根据废气流量查询第三MAP获得第二脱氨时间修正率CMass。
3.根据权利要求2所述的一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，其特征在于，所述步骤2.3）中，第一MAP通过以下步骤获得：
A1、选定基础脱氨时间MAP标定插值点，由目标试验车在转鼓试验台上进行若干次全球统一轻型车辆测试循环WLTC驾驶循环，同时人为将循环喷射量系数从0.1逐次增大至3，计算得到不同喷射量系数驾驶循环的尿素平均消耗率Rdes；
A2、步骤A1中每次驾驶循环结束后，均将车辆静置，直至载体中气体的平均温度Tavg达到一固定值Tmid，进入下一步；
A3、车辆启动后原地驻车，油门开度30%，通过上下游氮氧化物浓度判断载体中氨是否脱除干净；当下游氮氧化物浓度上升后趋于平稳，与上游氮氧化物浓度的差值小于浓度预设值，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，记录上述启动后的时间，作为当次平均消耗率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas，即获得所述平均消耗率Rdes对应的基础脱氨时间Tbas，并记录到第一MAP中。
4.根据权利要求2所述的一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，其特征在于，所述步骤2.3）中，第二MAP通过以下步骤获得：
B1、由目标试验车在转鼓试验台上进行若干次全球统一轻型车辆测试循环WLTC驾驶循环，并设定循环喷射量系数为1，每次驾驶循环结束后，分别将车辆静置，直至载体中气体的平均温度Tavg属于预设最大温度Tmax到预设最小温度Tmin之间的若干定点；在每个定点达到时，进入下一步；
B2、车辆启动后原地驻车，油门开度30%，通过上下游氮氧化物浓度判断载体中氨是否脱除干净；当下游氮氧化物浓度上升后趋于平稳，与上游氮氧化物浓度的差值小于浓度预设值，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，记录上述启动后的时间，作为当前平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp；
B3、分别将不同平均温度Tavg的脱氨时间Tsmp，与循环喷射量系数为1时平均消耗率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas相除，获得各自平均温度Tavg对应的第一脱氨时间修正率CTemp，CTemp=Tsmp/Tbas，并记录到第二MAP中。
5.根据权利要求2所述的一种柴油机DPF主动再生时脱除SCR载体储氨的控制方法，其特征在于，所述步骤2.3）中，第三MAP通过以下步骤获得：
C1、 反复进行步骤A1中循环喷射量系数为1的驾驶循环，并执行步骤A2，将车辆静置直至载体中气体的平均温度Tavg达到固定值Tmid；在此条件下，进一步下一步；
C2、车辆启动后原地驻车，油门开度从10%逐次升高到80%，通过上下游NOx浓度判断载体中氨是否脱除干；当下游NOx浓度上升后趋于平稳，与上游氮氧化物浓度的差值小于浓度预设值，说明此时载体中存储的氨恰好消耗完毕，逐次记录上述启动后的时间，以及当次油门开度对应的废气流量，作为当次废气流量的脱氨时间Tsamp；
C3、分别将不同废气流量对应的脱氨时间Tsamp，与循环喷射量系数为1时平均消耗率Rdes所对应的基础脱氨时间Tbas相除，获得各自废气流量对应的第二脱氨时间修正率CMass，CMass=Tsamp/Tbas，并记录到第三MAP中。
6.一种柴油机主动再生时脱氨控制***，其特征在于，包括：
SCR控制***，使用尿素作为还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水；
尿素给料装置，用于将尿素喷射至SCR柴油机微粒过滤器的前端；
传感器单元，包括用于计算车辆行驶里程的车速传感器、用于检测SCR装置中载体温度的温度传感器、检测氮氧化物浓度的浓度传感器、以及用于检测尿素消耗量的液位传感器；
DPF装置，执行捕捉尾气中的颗粒物的操作以及DPF再生操作；
ECU行车电脑，接收传感器装置发送的信息，并执行如权利要求1-5任一所述控制方法。
7.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行权利要求1-5任一项所述方法。
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