一种通过周期性储氨状态控制提升双级DeNOx系统反应能力的方法与流程

本发明涉及尾气排放领域，具体地，涉及一种通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法。

背景技术：

1、柴油机排气中含有较多的氮氧化物(nox)和颗粒物(pm)，现有排放法规对nox和pm的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值，随着排放法规的进一步加严，相应排放限值对冷启动工况排放的加权因子显著增加，催生了后处理系统向尺寸和功能紧耦合方向发展。

2、nox是发动机吸入气缸内的空气中的n2和o2在高温下的反应产物，其主要成分是no和no2。尿素选择性催化还原技术(简称urea-scr技术)是发动机控制nox排放的主要技术，该技术最常见的形式是：利用尿素水溶液分解产生氨气(nh3)，并且在scr催化器的作用下，氨气与nox发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入不同的尿素量，对nox的排放量实现有效控制。温度低于187℃时尿素的水解和热解反应不能充分发生，同时scr反应在低于250℃的条件下的反应速率受no2/nox比例、实时储氨量、温度和空速的影响较为明显。

3、目前主流的denox系统为双级denox系统，前级尽量靠近发动机出口以更快达到高效反应温度。双级denox系统有较多种技术路线，其中氧化催化器(doc)+涂敷scr催化剂的颗粒物捕集器(sdpf)+选择性催化还原器(scr)+氨氧化催化器(asc)的技术路线的布置空间和成本具有较为明显的优势，应用较广。但是，该技术线路的应用存在以下问题。由于氧化催化剂不具备选择性，会将nh3直接氧化，因此sdpf通常仅涂覆scr催化剂，而scr反应会优先消耗掉排气中的no2，使得sdpf的被动再生能力严重变弱、主动再生间隔缩短，影响油耗和后处理系统的使用寿命。

4、同时，传统sdpf+scr的双级喷射系统尿素分配策略往往以上游sdpf为主，下游scr作为上游sdpf反应能力不足时的补充，此时大量还原剂均在sdpf上进行反应，no2几乎不会存在剩余，因此后处理系统均会出现再生间隔偏短的情况。并且，对双级尿素分配系统的传统分配策略在高温工况下由于尿素喷射量集中于温度更高的sdpf入口，使得喷射的尿素存在更大程度的氧化，还原剂能效比较差。

5、可见，目前的主流scr系统尿素喷射控制策略均采用了基于较为恒定的氨氮比(anr)作为前馈控制，辅以下游nox浓度或者催化剂载体储氨量反馈值等作为闭环控制的策略，基本都会将尿素喷射量控制在一个与上游nox排放相对稳定的状态。但有关选择性催化转化系统性能研究的结果表明：恒定的喷射量不能在入口条件稳定的情况下同时最大化地发挥催化剂的性能和还原剂能效，只有使还原剂供给量随当前工况条件下动态参数的最佳变化曲线而变化，即采取一种周期性的还原剂供给策略时，才能保证催化剂的相关参数在可控的范围内始终维持在较高活性水平，从而实现更高的转化效率和能效比。单极denox系统采用周期性的还原剂供给策略时，受限于载体的实际储氨能力，载体达到较高的nh3存储水平或者nox存储水平均需要一段较长的存储时间，相对短暂的nox转化效率峰值窗口往往不能覆盖这段存储过程中导致的nox转化效率下降，从而导致整体应用效果不佳。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法，在相同的后处理硬件性能条件下有效提高后处理系统的nox转化效率和还原剂能效比。

2、为实现上述技术效果，本发明采用如下所述技术方案：

3、一种通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法，具体包括以下步骤：

4、s1.对cat1载体温度、cat2载体温度、排气温度、排气质量流量持续监控并判断当前工况条件是否适合实施储氨周期性控制策略；

5、s2.当判断条件满足后系统进入储氨周期性控制状态，先判断cat1载体的实际储氨量是否超过其储氨目标上限值，若实际储氨没有超过这一限值，则调整1#尿素喷嘴的尿素喷射量促使cat1载体上的储氨水平快速提升；当实际储氨超过这一限值时，1#尿素喷嘴进入减喷状态；

6、s3.1#尿素喷嘴进入减喷状态的同时2#尿素喷嘴进入喷射状态，并对2#尿素喷嘴的喷射量进行控制；

7、s4.当cat2载体的实际储氨量超过其储氨目标上限值时，2#尿素喷嘴进入减喷状态；

8、s5.监测到cat2载体的实时denox转化效率开始下降后，1#尿素喷嘴进入喷射状态并将其喷射量控制目标设定为：最大化cat1载体的储氨速率的同时cat1载体出口的nh3泄漏浓度控制在标定限值以内；该状态下1#尿素喷嘴nh3供给量的控制目标＝通过原排nox传感器计算得到的nh3理论反应消耗速率+cat1载体的最大储氨速率+氨泄漏速率限值；

9、s6.当cat1载体的实际储氨量超过储氨目标上限值时，重复步骤s2，将1#尿素喷嘴切换至减喷状态，开始新一轮的储氨周期性控制；

10、s7.在储氨周期性控制过程中，若温度和排气条件不再满足实施储氨周期性控制策略的条件，则退出储氨周期性控制模式。

11、优选地，所述控制策略实施条件需要通过开展催化剂小样试验确定适宜的温度窗口和空速窗口。

12、优选地，在步骤s2中，所述1#尿素喷嘴的减喷状态的具体喷射控制目标需要依据cat2载体的实时反应能力进行确定，当cat2载体的实时反应能力较弱时，1#尿素喷嘴的喷射量需要适当增加以控制进入cat2载体的nox水平处于其可转化的范围之内；当cat2载体的实时反应能力足够时，1#尿素喷嘴的喷射量可设置为0。

13、优选地，在步骤s3中，所述2#尿素喷嘴进入喷射状态后的喷射量需要通过cat2载体的化学反应动力学模型和吸脱附速率模型进行计算：2#尿素喷嘴的nh3目标供给量＝通过cat2载体入口nox传感器测量值计算得到的nh3理论反应消耗速率+通过cat2载体的吸脱附速率模型计算得到当前状态下的最大储氨速率+asc反应动力学模型计算得到的nh3氧化反应速率最大值。

14、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

15、本发明提供了一种用于双级denox系统的储氨周期性控制方法，该方法通过对前后级denox催化剂载体的储氨水平进行周期性的满载和空载控制，可以在一个喷射控制周期内实现3次系统反应能力的大幅提升。通过使用该方法，相同硬件性能条件下的后处理系统可以实现更高的整体转化效率和还原剂能效比。并且该方法所提供的宽域anr环境可以为nox传感器信号诊断、催化剂性能诊断等功能的实现提供更佳的诊断基础条件，便于帮助后处理系统实现更为全面且精确的在线监测(简称obm)功能。

技术特征：

1.一种通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法，其特征在于，控制策略实施条件需要通过开展催化剂小样试验确定适宜的温度窗口和空速窗口。

3.根据权利要求1所述的通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法，其特征在于，在步骤s2中，所述1#尿素喷嘴的减喷状态的具体喷射控制目标需要依据cat2载体的实时反应能力进行确定，当cat2载体的实时反应能力较弱时，1#尿素喷嘴的喷射量需要适当增加以控制进入cat2载体的nox水平处于其可转化的范围之内；当cat2载体的实时反应能力足够时，1#尿素喷嘴的喷射量可设置为0。

4.根据权利要求1所述的通过周期性储氨状态控制提升双级denox系统反应能力的方法，其特征在于，在步骤s3中，所述2#尿素喷嘴进入喷射状态后的喷射量需要通过cat2载体的化学反应动力学模型和吸脱附速率模型进行计算：2#尿素喷嘴的nh3目标供给量＝通过cat2载体入口nox传感器测量值计算得到的nh3理论反应消耗速率+通过cat2载体的吸脱附速率模型计算得到当前状态下的最大储氨速率+asc反应动力学模型计算得到的nh3氧化反应速率最大值。

技术总结本发明提供了一种通过周期性储氨状态控制提升双级DeNOx系统反应能力的方法，包括以下步骤：S1.对Cat1、Cat2的温度、排气温度、质量流量的持续监控并判断工况条件是否适合实施储氨周期性控制策略；S2.判断Cat1的实际储氨量是否超过其储氨目标上限值，若超过，1#喷嘴进入减喷状态；S3.1#喷嘴进入减喷状态同时2#喷嘴进入喷射状态；S4.当Cat2的实际储氨量超过其储氨目标上限值时，2#喷嘴进入减喷状态；S5.监测到Cat2的转化效率开始下降后，1#喷嘴进入喷射状态；S6.当Cat1的实际储氨量超过储氨目标上限值时，重复S2，将1#喷嘴切换至减喷状态，开始新一轮储氨周期性控制。通过使用该方法，相同硬件性能条件下的后处理系统可以实现更高的整体转化效率和还原剂能效比。技术研发人员：王天田,郭华锋,王伟杰,廖善彬,曾敏受保护的技术使用者：江铃汽车股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2