本發(fā)明涉及一種計算方法，尤其是一種SCR氨存儲量計算方法，具體地說柴油機SCR后處理系統(tǒng)的氨存儲量計算方法，屬于柴油機后處理的技術領域。

背景技術：

SCR后處理技術是柴油機降低尾氣中NOx的主要技術手段，其基本原理是通過噴射尿素水解霧化形成的氨氣在催化器內與排氣中的NOx發(fā)生氧化還原反應，生成無害的氮氣。而許多研究表明，氨與NOx反應的內在機理是游離的氣相氨被催化劑吸附并存儲在表面上，吸附產生的存儲相的氨與NOx發(fā)生反應。即存儲相的氨對NOx轉化存在極大影響，氨存儲量越高，其占飽和氨存儲量的比重越高，催化劑效率越高。

為滿足日益嚴格的排放標準，提高催化劑的使用效能，保證催化劑內存儲的氨始終處于飽和狀態(tài)，根據實際氨存儲量來調節(jié)尿素噴射成為提高SCR系統(tǒng)性能必然趨勢，而如何計算實際氨存儲值則成為一個重要的研究課題。

目前，國內很多柴油機及后處理廠家展開了這方面的研究，建立基于氨存儲的尿素噴射控制策略，但其氨存儲量計算方法基本一樣，只在后期尿素噴射控制方面有細微差別。其氨存儲計算思路如下：通過在SCR下游NOx傳感器獲取NOx排放濃度，并通過與原機NOx排放濃度對比，以計算得到轉化的NOx濃度；引入排氣質量流量計算得到轉化NOx的質量，并以NH₃/NOx比為1計算消耗的氨質量；噴射的氨質量減去反應消耗氨質量即為增加的氨存儲量，通過積分形式累加原有的氨存儲量得到新的氨存儲量。

分析上述氨存儲計算方法，存在如下問題：

1)、計算當前氨存儲增加量時，使用了當前的氨噴射量和已反應(即上一步長)消耗的氨含量，造成實際計算的延遲并由此帶來誤差。

2)、NOx傳感器存在NOx和NH₃的交叉敏感性問題。NOx傳感器在發(fā)動機大部分工況下是不能夠區(qū)分出NOx值和NH₃值，NOx傳感器測量時會將NH₃氧化成NOx，即導致無法確定NOx傳感測量的是NOx還是NH₃。因此，若采用NOx傳感器測量的NOx值計算氨消耗量，可能會導致實際值與期望值偏差很大的問題。

3)、計算氨消耗量時，沒有考慮氨高溫氧化造成的損失。

4)、沒有考慮慢反應的影響，慢反應中NH₃/NOx消耗比為4/3，若扔按1:1的比例計算，得到的氨存儲值較實際偏高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種SCR氨存儲量計算方法，其在不使用NOx傳感器的前提下準確計算出氨存儲量，為實現(xiàn)催化劑最大效能對尿素噴射進行精確控制提供必要的基礎，降低成本，提高了催化劑的使用效能。

按照本發(fā)明提供的技術方案，所述SCR氨存儲量計算方法，通過催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量確定NH₃吸附剩余量，通過NH₃噴射量、催化劑溫度、排氣空速以及催化劑上游NO₂/Nox比例確定NH₃化學反應消耗量，將確定NH₃吸附剩余量減去NH₃化學反應消耗量，以得到NH₃存儲變化量；將所述NH₃存儲變化量與上一步長NH₃存儲量累加，以得到當前NH₃存儲量。

通過當前氨吸附剩余量計算模塊對催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量計算確定NH₃吸附剩余量；所述當前氨吸附剩余量計算模塊包括NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊；

上一步長NH₃存儲量以及催化劑溫度分別與NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊連接，NH₃吸附速率MAP模塊根據催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量能得到NH₃吸附量，NH₃脫附速率MAP模塊根據催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量能得到NH3脫附量，所述NH₃吸附量與NH₃脫附量間的差值為NH₃吸附剩余量。

在確定NH₃化學反應消耗量時，利用氨氧化消耗量計算模塊確定NH₃氧化消耗量，利用降NOx反應NH₃消耗量計算模塊確定NOx反應NH₃消耗量，NH₃氧化消耗量與NOx反應NH₃消耗量累加得到NH₃化學反應消耗量；

氨氧化消耗量計算模塊包括NH₃氧化系數MAP模塊，所述NH₃氧化系數MAP模塊同時接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并輸出NH₃氧化系數，所述NH₃氧化系數與NH₃噴射量相乘后，得到NH₃氧化消耗量。

所述降NOx反應NH₃消耗量計算模塊包括NO₂/NOx＝a的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉化效率MAP模塊以及NOx轉化效率插值計算模塊；其中，0≤a＜b＝0.5＜c≤1；

NO₂/NOx＝a的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉化效率MAP模塊分別接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并分別向NOx轉化效率插值計算模塊輸入NO₂/NOx＝a時NOx轉化效率、NO₂/NOx＝b時NOx轉化效率以及NO₂/NOx＝c時NOx轉化效率；

NOx轉化效率插值計算模塊還接收催化劑上游NO₂/NOx的比例x，并將所述催化劑上游NO₂/NOx比例x分別與a、b、c比較，且通過插值確定當前工況催化劑的NOx轉化效率；

NOx轉化效率插值計算模塊輸出的NOx轉化效率與催化劑上游NOx相乘，以得到NOx反應量；催化劑上游NO₂/NOx比例x還輸入至NH₃/NOx比例計算模塊，NH₃/NOx比例計算模塊根據催化劑上游NO₂/NOx的比例x得到NH₃/NOx比例；所述NH₃/NOx比例與NOx反應量相乘，以得到NOx反應NH₃消耗量。

NOx轉化效率插值計算模塊進行插值計算時，先對催化劑上游NO₂/NOX的比例x的大小進行判斷，當x≤0.5時，插值計算過程為：當x＞0.5時，插值計算過程為：其中，F(xiàn)(a)為NO₂/NOx＝a時的NOx轉化效率，F(xiàn)(b)為NO₂/NOx＝b時的NOx轉化效率。

NH3/NOx比例計算模塊根據催化劑上游NO₂/NOx比例x計算得到NH₃/NOx比例時，先對催化劑上游NO₂/NOx的比例x的大小進行判斷，當x＞0.5時，NH₃/NOx的比例為2*(1-x)+(2*x-1)*4/3；當x≤0.5時，NH₃/NOx比例為1。

本發(fā)明的優(yōu)點：通過計算確定當前NH₃存儲量，省去了氨傳感器，降低了成本，在計算確定當前NH₃存儲量過程中，綜合了主要化學反應過程，并基于所使用催化劑的固有屬性，實時性好，結果準確，用于尿素噴射控制時，能有效提高催化劑的使用效能，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的邏輯圖。

圖2為本發(fā)明確定當前NH₃吸附剩余量的邏輯圖。

圖3為本發(fā)明確定NH₃氧化消耗量的邏輯圖。

圖4為本發(fā)明確定降NOx反應NH₃消耗量的邏輯圖。

圖5為本發(fā)明確定NOx轉化效率插值計算模塊的插值計算邏輯圖。

圖6為本發(fā)明確定NH₃/NOx比例計算模塊的計算邏輯圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示：為了準確計算出氨存儲量，為實現(xiàn)催化劑最大效能對尿素噴射進行精確控制提供必要的基礎，降低成本，提高催化劑的使用效能，本發(fā)明通過催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量確定NH₃吸附剩余量，通過NH₃噴射量、催化劑溫度、排氣空速以及催化劑上游NO₂/Nox比例確定NH₃化學反應消耗量，將確定NH₃吸附剩余量減去NH₃化學反應消耗量，以得到NH₃存儲變化量；將所述NH₃存儲變化量與上一步長NH₃存儲量累加，以得到當前NH₃存儲量。

具體地，吸附于催化劑表面的氨，只有四種轉換形式，分別是脫附逃逸、氧化、與NOx發(fā)生反應消耗以及存儲于催化劑表面；基于質量守恒定律以及催化劑表面發(fā)生的系列化學反應，并根據上述氨的四種轉化形式，即能得到當前NH3存儲量。本發(fā)明實施例中，上一步長NH₃存儲量是指，在前一次計算得到的當前氨(NH₃)存儲量，在計算開始時氨存儲量的初始值為0。

如圖2所示，通過當前氨吸附剩余量計算模塊對催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量計算確定NH₃吸附剩余量；所述當前氨吸附剩余量計算模塊包括NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊；

上一步長NH₃存儲量以及催化劑溫度分別與NH₃吸附速率MAP模塊以及NH₃脫附速率MAP模塊連接，NH₃吸附速率MAP模塊根據催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量能得到NH₃吸附量，NH₃脫附速率MAP模塊根據催化劑溫度以及上一步長NH₃存儲量能得到NH₃脫附量，所述NH₃吸附量與NH₃脫附量間的差值為NH₃吸附剩余量。

本發(fā)明實施例中，當前吸附在催化劑表面的氨的剩余量是由氨的吸附和脫附過程決定的，而氨的吸附速率和脫附速率主要受催化劑溫度和上一步長NH₃存儲量(氨)含量影響。上一步長NH₃存儲量越高，氨的吸附速率越低，而脫附速率則越高，兩者逐漸趨于相等，反之亦然；催化劑溫度越高，氨的吸附速率和脫附速率都提高，但脫附速率提高速度更快。

根據上一步長NH₃存儲量以及催化劑溫度，NH₃吸附速率MAP模塊查找對應的MAP，可以得到NH₃吸附量，根據上一步長NH₃存儲量以及催化劑溫度，NH₃脫附速率MAP模塊查找對應的MAP，可以得到NH₃脫附量，將NH₃吸附量減去NH₃脫附量，即可得到NH₃吸附剩余量。本發(fā)明實施例中，根據上一步長NH₃存儲量以及催化劑溫度查找對應的MAP的具體過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。催化劑溫度一般可以通過催化劑溫度傳感器獲得，催化劑溫度的具體獲得過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖3所示，在確定NH₃化學反應消耗量時，利用氨氧化消耗量計算模塊確定NH₃氧化消耗量，利用降NOx反應NH₃消耗量計算模塊確定NOx反應NH₃消耗量，NH₃氧化消耗量與NOx反應NH₃消耗量累加得到NH₃化學反應消耗量；

氨氧化消耗量計算模塊包括NH₃氧化系數MAP模塊，所述NH₃氧化系數MAP模塊同時接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并輸出NH₃氧化系數，所述NH₃氧化系數與NH₃噴射量相乘后，得到NH₃氧化消耗量。

本發(fā)明實施例中，根據催化劑溫度以及排氣空速，NH₃氧化系數MAP模塊查找對應的MAP能得到NH₃氧化系數，NH3氧化系數與NH₃噴射量相乘，即可得到NH3氧化消耗量，NH₃氧化系數MAP模塊根據催化劑溫度以及排氣空速查找對應MAP得到NH₃氧化系數的具體過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖4所示，所述降NOx反應NH₃消耗量計算模塊包括NO₂/NOx＝a的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉化效率MAP模塊以及NOx轉化效率插值計算模塊；其中，0≤a＜b＝0.5＜c≤1；

NO₂/NOx＝a的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝b的NOx轉化效率MAP模塊、NO₂/NOx＝c的NOx轉化效率MAP模塊分別接收催化劑溫度以及排氣空速的輸入，并分別向NOx轉化效率插值計算模塊輸入NO₂/NOx＝a時NOx轉化效率、NO₂/NOx＝b時NOx轉化效率以及NO₂/NOx＝c時NOx轉化效率；

NOx轉化效率插值計算模塊還接收催化劑上游NO₂/NOx的比例x，并將所述催化劑上游NO₂/NOx比例x分別與a、b、c比較，且通過插值確定當前工況催化劑的NOx轉化效率；

NOx轉化效率插值計算模塊輸出的NOx轉化效率與催化劑上游NOx相乘，以得到NOx反應量；催化劑上游NO₂/NOx比例x還輸入至NH₃/NOx比例計算模塊，NH₃/NOx比例計算模塊根據催化劑上游NO₂/NOx的比例x得到NH₃/NOx比例；所述NH₃/NOx比例與NOx反應量相乘，以得到NOx反應NH₃消耗量。

本發(fā)明實施例中，在獲得催化劑溫度以及排氣空速后，通過查表能分別獲得NO2/NOx比例分別為a、b、c時的催化劑轉化效率，具體實施時，NO₂/NOx＝a時，對應的催化劑轉化效率為F(a)，NO₂/NOx＝b時，對應的催化劑轉化效率為F(b)，當NO₂/NOx＝c時，對應的催化劑效率為F(c)。所述轉化效率F(a)、F(b)以及F(c)分別輸入至NOx轉化效率插值計算模塊，NOx轉化插值計算模塊對催化劑上游NO2/NOx的比例x進行插值計算，以得到NOx轉化效率。一般地，通過原機排放標定得到催化劑上游NO₂/NOx比例x，具體過程為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。此外，根據催化劑溫度以及排氣空速查表得到對應轉化效率F(a)、F(b)以及F(c)的過程也為本技術領域人員所熟知，此處不再贅述。

如圖5所示，NOx轉化效率插值計算模塊進行插值計算時，先對催化劑上游NO₂/NOX的比例x的大小進行判斷，當x≤0.5時，插值計算過程為：當x＞0.5時，插值計算過程為：其中，F(xiàn)(a)為NO₂/NOx＝a時的NOx轉化效率，F(xiàn)(b)為NO₂/NOx＝b時的NOx轉化效率。

如圖6所示，NH3/NOx比例計算模塊根據催化劑上游NO₂/NOx比例x計算得到NH₃/NOx比例時，先對催化劑上游NO₂/NOx的比例x的大小進行判斷，當x＞0.5時，NH₃/NOx的比例為2*(1-x)+(2*x-1)*4/3；當x≤0.5時，NH₃/NOx比例為1。

本發(fā)明實施例中，計算NH₃/NOx消耗比的基本思想是：快反應先于標準反應，標準反應先于慢反應。根據化學反應方程可知，NO₂/NOx﹤0.5時，主要考慮快反應和標準反應，兩個反應NH₃/NOx消耗比為均為1；否則，考慮標準反應和慢反應，慢反應NH₃/NOx消耗比為4/3，即當x＞0.5時，NH₃/NOx的比例為2*(1-x)+(2*x-1)*4/3；當x≤0.5時，NH₃/NOx比例為1。

本發(fā)明通過計算確定當前NH₃存儲量，省去了氨傳感器，降低了成本，在計算確定當前NH₃存儲量過程中，綜合了主要化學反應過程，并基于所使用催化劑的固有屬性，實時性好，結果準確，用于尿素噴射控制時，能有效提高催化劑的使用效能，安全可靠。