SCR溫度場計算方法與流程

本發明涉及一種計算方法，尤其是一種SCR溫度場計算方法，具體地說說柴油機SCR后處理系統的溫度場計算方法，屬于柴油機后處理系統的技術領域。

背景技術：

SCR系統能有效減少柴油機NOx排放，SCR系統控制的關鍵在于根據催化劑性能及原機排放計算合適的尿素噴射量。早期的控制策略一般根據發動機工況，參考相應工況下的催化劑效率確定尿素噴射量，這種方法簡單，但容易造成尿素消耗高而總體轉化效率低，只適合穩態。

隨著法規越來越嚴格，排放測試循環考慮越來越多的低溫和瞬態情況，準確預測SCR系統催化劑的溫度場顯得格外重要，這是因為：

1、催化劑的效率與溫度有關，通過準確計算的溫度場可以對尿素噴射進行瞬態修正，減少因催化劑溫度變化延遲導致的尿素過噴或少噴，引起氨泄漏或轉化效率低的問題；

2、可以通過當前溫度及催化劑的氨存儲特性進行尿素的氨存儲計算控制，并盡量使催化劑保持最高氨存儲，提高催化劑轉化效率；

3、隨時監測催化劑溫度變化情況，作為低溫時后處理系統熱管理控制的開啟依據。

對于催化劑溫度的計算主要有兩種方式：一種是直接從安裝在催化器上的溫度傳感器獲取參數，方法簡單，但若只安裝一個溫度傳感器，無法全面反映催化劑的溫度情況，若安裝多個溫度傳感器，又會提高SCR系統成本；第二種方式則是通過催化劑上游溫度傳感器獲取上游溫度作為基礎參數，同時根據精心設計的算法計算整個催化劑的溫度場，這種方式即節省了成本，又能實時準確預測催化劑溫度。

目前僅有少量企業采用第二種方式獲取溫度場，其計算基于能量守恒，將催化劑看成一個熱輻射體，不斷對外輻射散熱。但這種計算方式是基于催化劑與周圍環境相對靜止的狀態，而實際整車使用時，催化劑與環境相對運動，難以保證準確度。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種SCR溫度場計算方法，其在只使用一個溫度傳感器的情況下，能準確得到催化劑軸向各處的溫度情況，節省成本，提高催化效率，安全可靠。

按照本發明提供的技術方案，所述SCR溫度場計算方法，將整個催化劑均分成N份單體催化劑，以每個單體催化劑的下游溫度作為沿排氣軸向分布的下一緊鄰單體催化劑的上游溫度；

對任一單體催化劑，通過排氣質量流量、車速、環境壓力、環境溫度、對應的單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度，確定單體催化劑熱量變化量；通過單體催化劑上游溫度以及排氣質量流量，確定單體催化劑修正比熱容；單體催化劑熱量變化量除以單體催化劑修正比熱容、單體催化劑質量，得到單體催化劑下游溫度變化量，所述單體催化劑下游溫度變化量與上一步長催化劑下游溫度的相加后，得到單體催化劑的當前催化劑下游溫度。

第一份單體催化劑的上游溫度由溫度傳感器測量得到，初始時，將所有單體催化劑的下游溫度初始化為環境溫度。

確定的單體催化劑熱量變化量包括單體催化劑總吸熱量以及單體催化劑向環境散熱量，通過排氣質量流量、對應的單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度確定單體催化劑總吸熱量，通過環境壓力、環境溫度、車速以及對應的單體催化劑上游溫度，確定得到單體催化劑向環境散熱量，所述單體催化劑總吸熱量與單體催化劑向環境散熱量的差值為單體催化劑熱量變化量。

通過排氣質量流量、對應的單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度確定單體催化劑總吸熱量時，根據單體催化劑上游溫度查詢得到排氣比熱容，根據單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度得到單體催化劑上下游溫度差，所述單體催化劑上下游溫度差與排氣比熱容、排氣質量流量的相乘，得到單體催化劑總吸熱量。

通過環境壓力、車速、環境溫度以及單體催化劑上游溫度確定單體催化劑向環境散熱量時，根據單體催化劑上游溫度查詢得到環境散熱基礎系數，通過環境壓力查詢得到環境壓力修正系數，根據車速查詢得到車速修正系數，環境散熱基礎系數、環境壓力修正系數以及車速修正系數相乘后，得到環境散熱系數；

根據當前單體催化劑的上一步長催化劑下游溫度與環境溫度的差值，得到散熱溫差，散熱溫差與環境散熱系數以及單體催化劑散熱面積相乘后，得到單體催化劑向環境散熱量。

根據單體催化劑上游溫度以及排氣質量流量得到單體催化劑修正比熱容時，根據單體催化劑上游溫度查詢得到催化劑比熱容，通過排氣質量流量查詢得到比熱容修正系數，所述催化劑比熱容與比熱容修正系數相乘后，得到單體催化劑修正比熱容。

本發明的優點：將整個催化劑均分成若干單體催化劑，以每個單體催化劑的下游溫度作為沿排氣軸向分布的下一緊鄰單體催化劑的上游溫度，基于能量平衡和對流換熱，能得到所有單體催化劑的各處溫度，即得到SCR溫度場，精度高，整個確定SCR溫度場時，只需要一個催化劑上游溫度傳感器，省去了下游溫度傳感器，降低了成本，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發明的邏輯圖。

圖2為本發明確定單體催化劑總吸熱量的邏輯圖。

圖3為本發明確定單體催化劑向環境散熱量的邏輯圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示：為了能在只使用一個溫度傳感器的情況下，能準確得到催化劑軸向各處的溫度情況，節省成本，本發明將整個催化劑均分成N份單體催化劑，以每個單體催化劑的下游溫度作為沿排氣軸向分布的下一緊鄰單體催化劑的上游溫度；

對任一單體催化劑，通過排氣質量流量、車速、環境壓力、環境溫度、對應的單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度，確定單體催化劑熱量變化量；通過單體催化劑上游溫度以及排氣質量流量，確定單體催化劑修正比熱容；單體催化劑熱量變化量除以單體催化劑修正比熱容、單體催化劑質量，得到單體催化劑下游溫度變化量，所述單體催化劑下游溫度變化量與上一步長催化劑下游溫度的相加后，得到單體催化劑的當前催化劑下游溫度。

具體地，整個催化劑均分成單體催化劑的數量N（N一般取5~10）可以根據需要進行選擇，當單體催化劑的數量不同時，單體催化劑的質量、單體催化劑的散熱面積等不同，具體為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。在均分得到N份單體催化劑后，以每個單體催化劑的下游溫度作為沿排氣軸向分布的下一緊鄰單體催化劑的上游溫度；

本發明實施例中，對任一單體催化劑，上一步長催化劑下游溫度，具體是指將上一單體催化劑的下游溫度作為單體催化劑的上游溫度時，所述單體催化劑對應的下游溫度值。具體實施時，單體催化劑的上游溫度通過緊鄰的上一單體催化劑的下游溫度獲得，再計算得到單體催化劑的當前催化劑下游溫度；在確定所有單體催化劑的當前催化劑下游溫度后，即能夠得到SCR溫度場。此外，在下一個周期計算中，單體催化劑的當前催化劑下游溫度即變成上一步長催化劑下游溫度；通過重復上述計算過程，能夠實時獲得SCR溫度場。

具體實施時，第一份單體催化劑的上游溫度由溫度傳感器測量得到，初始時，將所有單體催化劑的下游溫度初始化為環境溫度。即初始時，所有單體催化劑的上一步長催化劑下游溫度均為環境溫度；第一份單體催化劑的下游溫度為環境溫度，在得到第一份單體催化劑的上游溫度、第一份單體催化劑的下游溫度后，通過上述對單體催化劑的當前催化劑下游溫度計算過程，能得到第一份單體催化劑的當前催化劑下游溫度。對緊鄰第一份單體催化劑的第二份單體催化劑，第二份單體催化劑的上游溫度為第一份單體催化劑的當前催化劑下游溫度，第二份單體催化劑的下游溫度為環境溫度，重復上述計算過程，能得到第二份單體催化劑的當前催化劑下游溫度。后續單體催化劑的上游溫度、當前催化劑下游溫度的確定過程，可以參考第一份單體催化劑、第二份單體催化劑的計算過程，具體不再一一說明。

在得到所有單體催化劑的當前催化劑下游溫度后，對整個催化劑完成一個周期的SCR溫度場計算。在下一計算周期中，上述確定單體催化劑的當前催化劑下游溫度變即變成上一步長催化劑下游溫度。重復上述計算周期，即可實時獲得SCR溫度場。

進一步地，根據單體催化劑上游溫度以及排氣質量流量得到單體催化劑修正比熱容時，根據單體催化劑上游溫度查詢得到催化劑比熱容，通過排氣質量流量查詢得到比熱容修正系數，所述催化劑比熱容與比熱容修正系數相乘后，得到單體催化劑修正比熱容。

本發明實施例中，催化劑比熱容MAP模塊能根據單體催化劑上游溫度，查詢得到催化劑比熱容，比熱容修正系數MAP模塊能根據排氣質量流量查詢得到比熱容修正系數，根據單體催化劑上游溫度查MAP表得到催化劑比熱容、以及根據排氣質量流量查比熱容修正系數MAP的具體過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。

進一步地，確定的單體催化劑熱量變化量包括單體催化劑總吸熱量以及單體催化劑向環境散熱量，通過排氣質量流量、對應的單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度確定單體催化劑總吸熱量，通過環境壓力、環境溫度、車速以及對應的單體催化劑上游溫度，確定得到單體催化劑向環境散熱量，所述單體催化劑總吸熱量與單體催化劑向環境散熱量的差值為單體催化劑熱量變化量。

如圖2所示，通過排氣質量流量、對應的單體催化劑上游溫度以及單體催化劑下游溫度確定單體催化劑總吸熱量時，根據單體催化劑上游溫度查詢得到排氣比熱容，根據單體催化劑上游溫度以及單體催化劑的上一步長催化劑下游溫度得到單體催化劑上下游溫度差，所述單體催化劑上下游溫度差與排氣比熱容、排氣質量流量的相乘，得到單體催化劑總吸熱量。

本發明實施例中，排氣比熱容MAP模塊根據單體催化劑上游溫度，查詢得到排氣比熱容，具體查詢得到排氣比熱容的過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。采用本技術領域常用的技術手段，能得到排氣質量流量，具體為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖3所示，通過環境壓力、車速、環境溫度以及單體催化劑上游溫度確定單體催化劑向環境散熱量時，根據單體催化劑上游溫度查詢得到環境散熱基礎系數，通過環境壓力查詢得到環境壓力修正系數，根據車速查詢得到車速修正系數，環境散熱基礎系數、環境壓力修正系數以及車速修正系數相乘后，得到環境散熱系數；

根據當前單體催化劑的上一步長催化劑下游溫度與環境溫度的差值，得到散熱溫差，散熱溫差與環境散熱系數以及單體催化劑散熱面積相乘后，得到單體催化劑向環境散熱量。

本發明實施例中，催化劑向環境散熱系數MAP模塊能根據單體催化劑上游溫度，查詢得到環境散熱基礎系數，具體查詢得到環境散熱基礎系數的過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。通過壓力對散熱修正系數MAP模塊根據環境壓力，能查詢得到環境壓力修正系數，通過車速對散熱修正系數MAP模塊根據車速，能查詢得到車速修正系數；具體查詢得到環境壓力修正系數、車速修正系數的過程為本技術領域人員所熟知。環境溫度、環境壓力以及車速均可以通過相應的傳感器進行數據采集得到，具體為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。

本發明將整個催化劑均分成若干單體催化劑，以每個單體催化劑的下游溫度作為沿排氣軸向分布的下一緊鄰單體催化劑的上游溫度，基于能量平衡和對流換熱，能得到所有單體催化劑的各處溫度，即得到SCR溫度場，精度高，整個確定SCR溫度場時，只需要一個催化劑上游溫度傳感器，省去了下游溫度傳感器，降低了成本，安全可靠。