專利名稱：尿素噴射控制方法
技術領域：
本發明總地涉及SCR系統，更具體地涉及用于將尿素噴射入SCR系統的控制方法。
背景技術：
通常，尿素選擇性催化還原系統(尿素SCR系統)用來還原來自內燃機的氮氧化 物。尿素SCR系統依賴于將32. 5%親水尿素溶液噴射入SCR催化劑上游的運載工具尾氣管 線中。在SCR催化劑中，尿素分解，而從催化劑中排出的是N2、H2O和C02。在噴射時，尿素溶液溫度一般接近室溫并較佳地低于60°C。SCR反應需要氣態氨。 為了生產氣態氨，必須將噴射入的尿素溶液較佳地加熱至150°C，以使水蒸發并使剩下的固 態尿素分解為氨和異氰酸。如果蒸發和分解不徹底，由于沒有充分可用的還原劑，SCR催化 劑性能降低。此外，尿素的固態沉淀物可能形成在尾氣管道內，這可能造成SCR系統的徹底 失效。蒸發和分解所需的熱量是通過尾氣提供的。在低尾氣溫度下，可用熱量對尿素溶 液的徹底蒸發和分解來說可能是不足的。當前，SCR系統受到施加硬性溫度極限的策略控制。如果尾氣溫度低于設定極限， 典型為150-250°C，則尿素噴射停止。如果氣體溫度高于設定極限，則通過基于尾氣中的 NOx流量、SCR催化劑的性能特征以及SCR催化劑的氨儲藏能力的控制策略來確定尿素噴射 速度。然而，設置硬性溫度極限是不理想的。如果溫度極限設置地太低，可能導致糟糕的 蒸發和沉淀產生。如果溫度極限設定地太高，則控制系統就不能利用可用于SCR反應的完 整溫度范圍，當溫度總體太低且頻繁地低于預設極限時，對過渡工況而言能夠利用SCR反 應可用的完整溫度范圍是尤其重要的。這種操作的一個例子是時走時停或城市交通工具驅 動循環。
發明內容
具有與SCR催化劑流體連通的尾氣管線以及將尿素噴射入尾氣管線的尿素噴射 器的運載工具的尿素噴射控制系統包括用于控制尿素噴射器處的尿素噴射流量的控制器。 控制器將優選尿素流量與通過可變通流量計算器確定的可變通尿素流量進行比較。控制器 選擇優選尿素流量和可變通尿素流量中的最小值，并控制尿素噴射器以該最小值來噴射尿
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圖1是將尿素噴射入SCR系統的控制方法的示意圖。
具體實施例方式參見圖1，對最大容許尿素溶液噴射速率(Fureamax)的可變通極限根據尾氣流量(Fexh)和溫度(Texh)限制尿素給藥速率，該限制規則是憑經驗確定的。當前可變通極限與現 有技術的硬性極限相反，在現有技術中尿素噴射當尾氣溫度不落在溫度極限內時停止。在尿素噴射控制系統10中，控制器12控制尿素噴射器14處的尿素流量，尿素噴 射器14將尿素噴射入運載工具的尾氣管16而在SCR催化劑18的上游分解。控制器12具 有優選值20和可變通值計算器22。優選值20是通過優選SCR催化劑性能所需的氨濃度 確定的，并可包括例如特定SCR系統的NOx流量、NOx轉換要求、SCR動力、氨儲藏狀態和/ 或氨儲藏需求之類的因素。典型地，優選值20不將尿素溶液蒸發和尿素分解的條件考慮在 內。可變通值計算器22接收尾氣流量(Frah)和溫度(Trah)的輸入值。在某些場合下， 例如移動運載工具配有內燃機的場合，尾氣流量測量值不可得，而是可從進氣流量和燃料 流量的值計算出，或使用來自內燃機控制單元的其它可用參數計算出。例如，氧濃度數據可 通過一個或多個氧傳感器或NOx傳感器獲得，其中一個傳感器一般位于SCR催化劑18的上 游并用來對SCR控制器12作前反饋，而另一傳感器位于尾管中并用來反饋入SCR控制器 12。燃料流量數據可用來計算尾氣流量。接著，使用下面公式計算最大容許尿素流量Furea max F = A*F u (Τ u- .)
Lvv ■ v」 1Urea-Iiiax 11 1 exh \ 1 exh 1IiiirL/其中，Furea max =尿素溶液流量Fexh=尾氣流量Texh=尾氣溫度Tmin=截止溫度A=系數系數A和Tmin可針對給定的SCR系統配置憑經驗確定或校正。預期經驗校正可能 需要將特定SCR系統的獨特參數考慮在內，例如熱損耗、尿素濺射參數、發生尿素溶液噴射 的SCR系統部分的幾何形狀、蒸發率以及發生尾氣流的分解與混合的SCRF系統部分的幾何 形狀。系數A和Tmin也可從如下的基礎熱力學關系中得到。當噴射入SCR催化劑18上游 的運載工具尾氣管線時，尿素為32. 5%親水溶液。噴射的尿素溶液比尾氣的溫度(Texh)更 低，因此能量從尾氣轉移至尿素溶液。作為能量轉移的結果，尾氣的溫度(Trah)降低。所轉 移的能量用來加熱尿素溶液、使水蒸發、使尿素蒸發并分解尿素(NH2)2CO — NH3+HNC0。還 假設HNCO水解緩慢，并且它對能量平衡的影響可忽略不計。在最終平衡狀態下，全部組成部分具有相同的溫度，并且最終溫度必須確保尿素 的蒸發和分解。另外，尿素分解開始的理論值是132. 7°C，并且尿素分解在大約130-180°C 的范圍內時——較佳在大約150°C時——最大。由于對管壁的熱損耗，可能需要安全余量。 因此，推薦的尿素給藥速率(Furea)必須導致總是彡150°C的最終混合物溫度(Tmin),這樣就 可提供高于132. 7°C的理論值的安全因素。尿素溶液的最大流量(Fureamax)可使用如下簡化方程從尾氣流和尾氣溫度值的任 意給定組合的能量平衡中計算得到Furea max = 0. 388Fexh (Texh-Tmin)其中Fureajiax =尿素溶液流量，克/小時
Fexh =尾氣流量，千克/小時Texh =尾氣溫度，°CTfflin =截止溫度，°C
應當理解，不同系數值工作在不同的單元。另外，更精確的分析可能導致略為不同 的值，不是正好為0. 388，而是較佳地在大約0. 35至0. 45的范圍內。考慮到在任何情形下， 用在運載工具中的系數應當使用試驗數據憑經驗調整和校正。在計算出Furea _后，在選擇器24將流至尾氣管16的尿素流量(Furea)選擇為Fmea _和優選流量(F。ptimJ的最小值。控制器12控制尿素噴射器14以在由選擇器24確定的 流量(Furea)下噴射尿素。如此，噴射流量(Furea)通過控制系統10針確定為對SCR催化劑 性能最優的。當前控制系統10對尿素噴射速率(Furea)進行微調。這種微調導致更好地利用僅 將有限量的尿素安全噴射入的溫度范圍，并有助于防止尾氣系統中不合需的尿素沉淀。所 提出的本發明可用作附加于任何已知尿素噴射方法的安全裝置并可實現在任何產業標準 控制器中。本發明可以其它具體形式體現而不脫離其精神或實質特征。所描述的實施例無論 怎樣都應當認為僅是示例性而非限定性的。因此，本發明的范圍由所附權利要求書而不是 前面的說明書指出。落在權利要求書的含義和等效范圍的所有變化均涵蓋在其范圍內。
權利要求
1.一種尿素噴射控制系統，用于與SCR催化劑流體連通的尾氣管線以及用于將尿素噴 射入所述尾氣管線的尿素噴射器，所述尿素噴射控制系統包括用于控制所述尿素噴射器處的尿素噴射的流量的控制器，其中所述控制器將優選尿素 流量與通過可變通流量計算器確定的可變通的尿素流量進行比較，所述控制器選擇所述優 選尿素流量和可變通的尿素流量的最小值，并控制所述尿素噴射器以所述最小值來噴射尿素。
2.如權利要求1所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述可變通值計算器接收尾 氣流量和尾氣溫度的輸入。
3.如權利要求2所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述可變通的尿素流量計算 器通過下面方程確定所述可變通的尿素流量其中，_ =可變通的尿素流量，克/小時Frah=尾氣流量，千克/小時Texh=尾氣溫度，。CTmin=截止溫度，°CA=系數
4.如權利要求3所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述系數A在0.35和0. 45之間。
5.如權利要求3所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，Tmin在130°C-180°C的范圍。
6.如權利要求1所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述可變通值計算器接收進 口空氣流、燃料流量、氧濃度和燃料流量中的至少一個量的輸入以計算尾氣流量和尾氣溫度。
7.如權利要求6所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述可變通的尿素流量計算 器通過下面等式來確定可變通的尿素流量其中，_ =可變通的尿素流量，克/小時Frah=尾氣流量，千克/小時Texh=尾氣溫度，。CTmin=截止溫度，°CA=系數
8.如權利要求7所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述系數A在0.35和0. 45之間。
9.如權利要求7所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，Tmin在130°C-180°C的范圍。
10.如權利要求1所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述控制器還包括用于選擇 優選尿素流量和可變通尿素流量的最小值并控制所述尿素噴射器以所述最小值來噴射尿 素的選擇器。
11.一種尿素噴射控制系統，用于與SCR催化劑流體連通的尾氣管線以及用于將尿素 噴射入所述尾氣管線的尿素噴射器，所述尿素噴射控制系統包括用于控制所述尿素噴射器處的尿素噴射的流量的控制器，其中所述控制器將優選尿素流量與可變通的尿素流量計算器進行比較，所述可變通的尿素流量計算器接收尾氣流量和 尾氣溫度的輸入；以及在所述控制器處的選擇器，所述選擇器選擇優選流量和可變通流量中的最小值，其中 所述尿素噴射器由選擇器作出指令來以所述最小值噴射尿素。
12.如權利要求11所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述可變通的尿素流量計 算器通過下面方程確定可變通的尿素流量 其中，_ =可變通的尿素流量，克/小時Frah=尾氣流量，千克/小時Texh=尾氣溫度，。CTmin=截止溫度，°CA=系數
13.如權利要求12所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，所述系數A在0.35和0. 45 之間。
14.如權利要求12所述的尿素噴射控制系統，其特征在于，Tmin在130°C-180°C的范圍內。
全文摘要
一種尿素噴射控制系統(10)，用于具有與SCR催化劑(18)流體連通的尾氣管線(16)以及將尿素噴射入尾氣管線的尿素噴射器(14)的運載工具，所述尿素噴射控制系統(10)包括用于控制尿素噴射器處的尿素噴射流量的控制器(12)。控制器(12)將優選尿素流量(20)與通過可變通流量計算器確定的可變通的尿素流量(22)進行比較。控制器(12)選擇優選尿素流量(20)和可變通的尿素流量(22)中的最小值，并控制尿素噴射器(14)在所述最小值下噴射尿素。
文檔編號B01D53/94GK101994553SQ201010257239
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月13日 優先權日2009年8月14日
發明者S·C·懷亞特, V·司脫特斯 申請人:萬國引擎知識產權有限責任公司