專利名稱：尿素噴射控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及SCR系統(tǒng)，更具體地涉及用于將尿素噴射入SCR系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
通常，尿素選擇性催化還原系統(tǒng)(尿素SCR系統(tǒng))用來還原來自內(nèi)燃機(jī)的氮氧化 物。尿素SCR系統(tǒng)依賴于將32. 5%親水尿素溶液噴射入SCR催化劑上游的運(yùn)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(yīng)需要氣態(tài)氨。 為了生產(chǎn)氣態(tài)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(fā)并使剩下的固 態(tài)尿素分解為氨和異氰酸。如果蒸發(fā)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(tài)沉淀物可能形成在尾氣管道內(nèi)，這可能造成SCR系統(tǒng)的徹底 失效。蒸發(fā)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(fā)和分解來說可能是不足的。當(dāng)前，SCR系統(tǒng)受到施加硬性溫度極限的策略控制。如果尾氣溫度低于設(shè)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(shè)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(shè)置硬性溫度極限是不理想的。如果溫度極限設(shè)置地太低，可能導(dǎo)致糟糕的 蒸發(fā)和沉淀產(chǎn)生。如果溫度極限設(shè)定地太高，則控制系統(tǒng)就不能利用可用于SCR反應(yīng)的完 整溫度范圍，當(dāng)溫度總體太低且頻繁地低于預(yù)設(shè)極限時，對過渡工況而言能夠利用SCR反 應(yīng)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?；虺鞘薪煌üぞ唑?qū) 動循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)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(yùn)載工具的尿素噴射控制系統(tǒng)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(yōu)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(jìn)行比較?？刂破?選擇優(yōu)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(tǒng)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(jù)尾氣流量(Fexh)和溫度(Texh)限制尿素給藥速率，該限制規(guī)則是憑經(jīng)驗確定的。當(dāng)前可變通極限與現(xiàn) 有技術(shù)的硬性極限相反，在現(xiàn)有技術(shù)中尿素噴射當(dāng)尾氣溫度不落在溫度極限內(nèi)時停止。在尿素噴射控制系統(tǒng)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(yùn)載工具的尾氣管16而在SCR催化劑18的上游分解?？刂破?2具 有優(yōu)選值20和可變通值計算器22。優(yōu)選值20是通過優(yōu)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(tǒng)的NOx流量、NOx轉(zhuǎn)換要求、SCR動力、氨儲藏狀態(tài)和/ 或氨儲藏需求之類的因素。典型地，優(yōu)選值20不將尿素溶液蒸發(fā)和尿素分解的條件考慮在 內(nèi)。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(yùn)載工具配有內(nèi)燃機(jī)的場合，尾氣流量測量值不可得，而是可從進(jìn)氣流量和燃料 流量的值計算出，或使用來自內(nèi)燃機(jī)控制單元的其它可用參數(shù)計算出。例如，氧濃度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，F(xiàn)urea 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(shù)系數(shù)A和Tmin可針對給定的SCR系統(tǒng)配置憑經(jīng)驗確定或校正。預(yù)期經(jīng)驗校正可能 需要將特定SCR系統(tǒng)的獨特參數(shù)考慮在內(nèi)，例如熱損耗、尿素濺射參數(shù)、發(fā)生尿素溶液噴射 的SCR系統(tǒng)部分的幾何形狀、蒸發(fā)率以及發(fā)生尾氣流的分解與混合的SCRF系統(tǒng)部分的幾何 形狀。系數(shù)A和Tmin也可從如下的基礎(chǔ)熱力學(xué)關(guān)系中得到。當(dāng)噴射入SCR催化劑18上游 的運(yùn)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(zhuǎn)移至尿素溶液。作為能量轉(zhuǎn)移的結(jié)果，尾氣的溫度(Trah)降低。所轉(zhuǎn) 移的能量用來加熱尿素溶液、使水蒸發(fā)、使尿素蒸發(fā)并分解尿素(NH2)2CO — NH3+HNC0。還 假設(shè)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(tài)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(fā)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(nèi)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(dǎo)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(yīng)當(dāng)理解，不同系數(shù)值工作在不同的單元。另外，更精確的分析可能導(dǎo)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(nèi)。考慮到在任何情形下， 用在運(yùn)載工具中的系數(shù)應(yīng)當(dāng)使用試驗數(shù)據(jù)憑經(jīng)驗調(diào)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(yōu)選流量(F。ptimJ的最小值?？刂破?2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(tǒng)10針確定為對SCR催化劑 性能最優(yōu)的。當(dāng)前控制系統(tǒng)10對尿素噴射速率(Furea)進(jìn)行微調(diào)。這種微調(diào)導(dǎo)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(tǒng)中不合需的尿素沉淀。所 提出的本發(fā)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(xiàn)在任何產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 控制器中。本發(fā)明可以其它具體形式體現(xiàn)而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。所描述的實施例無論 怎樣都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為僅是示例性而非限定性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而不是 前面的說明書指出。落在權(quán)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(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種尿素噴射控制系統(tǒng)，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(tǒng)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(yōu)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(jìn)行比較，所述控制器選擇所述優(yōu) 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(quán)利要求1所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，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(quán)利要求2所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，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(shù)
4.如權(quán)利要求3所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系數(shù)A在0.35和0. 45之間。
5.如權(quán)利要求3所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，Tmin在130°C-180°C的范圍。
6.如權(quán)利要求1所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可變通值計算器接收進(jìn) 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(quán)利要求6所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，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(shù)
8.如權(quán)利要求7所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系數(shù)A在0.35和0. 45之間。
9.如權(quán)利要求7所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，Tmin在130°C-180°C的范圍。
10.如權(quán)利要求1所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還包括用于選擇 優(yōu)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(tǒng)，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(tǒng)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(yōu)選尿素流量與可變通的尿素流量計算器進(jìn)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(yōu)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(quán)利要求11所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，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(shù)
13.如權(quán)利要求12所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系數(shù)A在0.35和0. 45 之間。
14.如權(quán)利要求12所述的尿素噴射控制系統(tǒng)，其特征在于，Tmin在130°C-180°C的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種尿素噴射控制系統(tǒng)(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(yùn)載工具，所述尿素噴射控制系統(tǒng)(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)?？刂破?12)將優(yōu)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(jìn)行比較?？刂破?12)選擇優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者S·C·懷亞特, V·司脫特斯 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司