一种发动机SCR后处理器的标定方法
技术领域
本发明涉及发动机标定领域，具体涉及一种发动机SCR后处理器的标定方法。
背景技术
目前，随着柴油车排放法规的升级，国六法规NOx要求更加严格。从国五ETC循环(瞬态循环：European transient cycle)下游NOx限值2.0g/kW·h，到国六WHTC循环(瞬态循环：World harmonised transient cycle)下游NOx限值0.46g/kW·h，NOx限值下降的同时，循环工况要求也更加严苛。目前，柴油机NOx达到国六排放法规有两种典型技术路线：1.有EGR(废气循环：Exhaust gas recirculation)路线；2.无EGR的高效SCR路线。两种技术路线，都要求SCR中有较高的NOx转化效率，尤其是高效SCR技术路线，氮氧转换效率需要控制在96％以上。
在SCR中，NH3和NOx经过催化作用发生复杂的化学反应，为了使NOx达到96％以上的转化效率，必须对NH3和NOx反应的化学动力学参数进行精细标定。传统标定方法主要以台架试验为主，即通过万有特性扫点标定、WHTC和WHSC(稳态循环：World harmonised steadystate cycle)验证进行化学动力学标定参数的调整。一种改进的试验方法是通过专门的试验台架，对SCR中的化学动力学反应进行试验数据采集，得到相应的化学动力学参数。但由于该试验方法脱离发动机台架，最后仍需使用较多时间在台架验证上。
CN110244565A公开一种SCR系统分区控制方法和装置，方法包括：建立SCR模型；对SCR模型的参数进行标定；使用标定参数的SCR模型，采用多目标遗传算法计算不同温度下的目标氨存储量，得到优化后的目标氨存储量；根据控制精度和标定成本确定累计氨存储变化的计算温度分度值；根据优化后的不同温度下的目标氨存储量和温度分度值绘制得到目标氨存储图；根据累计氨存储变化大小将目标氨存储图分为5个区间：高NOx排放风险区、安全区、路况变动区、高温转换区以及高NH3泄露风险区；对分区后的目标氨存储图进行标定；根据标定的目标氨存储图进行SCR分区控制。能够提高NOx(氮氧化物)转化效率，并且大大降低了标定工作量。
CN109411027A公开了一种Urea-SCR控制参数离线标定系统，包括仿真模型、仿真值和目标值对比单元、仿真参数调整单元，运行时，仿真模型先根据工况信息存储器存储的工况信息计算得到尿素喷射量仿真值或喷后NOx/NH3排放量仿真值并将其传送给仿真值和目标值对比单元，随后仿真值和目标值对比单元将接收的仿真值与目标值进行对比，若∣仿真值-目标值∣＞e，则由仿真参数调整单元对仿真参数进行调整后输入仿真模型中进行下一轮的仿真计算，若∣仿真值-目标值∣＜e，则标定结束，其中，e为允许的最大偏差值。该设计不仅缩短了标定周期、节省了标定成本，而且显著降低了标定的工作强度。
现有技术的缺点：传统标定方法都是基于台架试验进行，需要反复通过万有特性扫点标定、WHTC和WHSC验证进行化学动力学标定参数的调整。标定过程耗费周期长、成本高，对标定人员的专业要求高。现有的仿真模型，只能考虑有限的试验输入，无法覆盖发动机整个万有特性，存在仿真误差较大的缺点。此外，很多仿真模型都是基于氨氮比已知的情况进行反向推算尿素喷射量，不具备正向计算尿素喷射量的能力。此外，不同机型中，当SCR温度和SCR上游输入边界发生改变时，又需要重新进行台架标定工作，过程繁琐，标定周期进一步延长，标定成本高。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种发动机SCR后处理器的标定方法，可以实现SCR化学动力学参数的高效标定，进而控制SCR中的氨存储和尿素喷射量，NOx的转化率达到96％以上，最终能满足国六及以上排放法规的目标，同时发动机SCR标定效率显著提升，缩减台架、整车试验时间，节约开发成本，提升产品研发效率，此外，该方法可用在不同机型的快速标定。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种发动机SCR后处理器的标定方法，所述标定方法包括如下步骤：
(1)采集发动机台架中的工况数据，得到气体参数数据和温度参数数据；
(2)步骤(1)所得温度参数数据输入SCR温度模型中计算，得到SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度；
(3)将步骤(1)得到气体参数数据和步骤(2)得到的SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度依次输入到SCR动力学参数模型和SCR下游各气体浓度与SCR氨泄漏计算模型中计算，得到SCR下游各气体组分的组成；
(4)将步骤(2)得到SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度和步骤(3)得到的SCR下游各气体组分的浓度与实际测量的温度和气体浓度分别进行判断；若温度和组分的判断结果都符合预设值，则标定结束，反之则调整不符合预设值的参数，再进行步骤(2)和步骤(3)的计算，直至判断结果符合预设值，结束标定。
本发明提供的标定方法，通过SCR化学动力学仿真模型和后处理器布置热电偶试验相结合，并利用发动机SCR后处理器台架标定和仿真的优点，可以极大提升SCR标定效率，缩减台架、整车试验时间，节约开发成本，提升产品研发效率。同时可以实现SCR化学动力学参数的高效标定，进而控制SCR中的氨存储和尿素喷射量，NOx的转化率达到96％以上，最终能满足国六及以上排放法规的目标。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述采集的工况数据还包括发动机转速、发动机扭矩和尿素喷射量。
优选地，步骤(1)所述采集的循环包括万有特性、WHTC和WHSC试验。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述气体参数数据包括SCR后处理器上游NO/NOx的输入。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述温度参数数据包括SCR后处理器上游温度。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述SCR温度模型计算中还设置有与之相配合的温度仿真参数。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述SCR温度模型包括SCR载体温度变化、壁面向大气热传递模型和排气向壁面热传递模型。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述SCR动力学参数模型计算中还设置有与之相配合的化学动力学仿真参数。
本发明中的温度仿真参数和化学动力学仿真参数是为模型计算过程中提供模型所需的标准参数的数据如计算中所需的标准熵、标准焓及化学反应速率等参数。温度仿真参数以及化学动力学仿真参数的来源可以是教科书、工具书以及相关文献。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述SCR动力学参数模型包括化学动力学参数库、气体浓度方程和氨存储计算模型。
作为本发明优选的技术方案，步骤(4)所述判断为判断计算值和台架测量的差率与预设值间的关系。
优选地，所述温度差率的预设值T0≤2％，例如可以是2％、1.8％、1.6％、1.4％、1.2％、1％、0.8％、0.6％、0.4％、0.2％或0.1％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述气体浓度差率的预设值C0≤5％，例如可以是5％、4％、3％、2％或1％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，若温度差率T＜T0且气体浓度差率C＜C0，则标定结束。
本发明中，如果T＜T0或C<C0，表示该化学动力学参数或温度模型参数不满足误差要求，针对误差不满足的部分，调整相应的参数，再进行仿真标定。例如，如果是SCR温度模型仿真的温度大于实际热电偶的测量值，那么将适当加大仿真模型中壁面向大气的散热系数，再进行仿真校验；如果是SCR下游的NO/NOx与排放仪测量的有差异，则调整动力学参数库中关于NO、NO2和NH3的化学反应动力学参数。即，只有当温度差率T＜T0且气体浓度差率C＜C0时，标定才结束。
本发明中使用的数学模型及其求解均为本领域的公知常识。
本发明中，SCR下游各气体为NOx、NO和NH3泄漏量等气体浓度组成。
本发明中，步骤(3)经SCR动力学参数模型计算和SCR下游各气体浓度与SCR氨泄漏计算模型计算后还会得到SCR载体氨存储，用于检测或验证体系中铵的生成。
作为本发明优选的技术方案，所述标定方法包括如下步骤：
(1)采集发动机台架中的工况数据，得到气体参数数据和温度参数数据；所述气体参数数据包括SCR后处理器上游NO/NOx的输入；所述温度参数数据包括SCR后处理器上游温度；
(2)步骤(1)所得温度参数数据输入SCR温度模型中计算，得到SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度；所述SCR温度模型包括SCR载体温度变化、壁面向大气热传递模型和排气向壁面热传递模型；
(3)将步骤(1)得到气体参数数据和步骤(2)得到的SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度依次输入到SCR动力学参数模型和SCR下游各气体浓度与SCR氨泄漏计算模型中计算，得到SCR下游各气体组分的组成；所述SCR动力学参数模型包括化学动力学参数库、气体浓度方程和氨存储计算模型；
(4)将步骤(2)得到SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度和步骤(3)得到的SCR下游各气体组分的浓度与实际测量的温度和气体浓度分别进行判断；若温度和组分的判断结果都符合预设值，则标定结束，反之则调整不符合预设值的参数，再进行步骤(2)和步骤(3)的计算，直至判断结果符合预设值，结束标定；所述判断为判断计算值和台架测量的差率与预设值间的关系；所述温度差率的预设值T0≤2％；所述气体浓度差率的预设值C0≤5％；若温度差率T＜T0且气体浓度差率C小于C0，则标定结束。
本发明中的气体浓度差率C的计算公式如下：
式中：A为模型计算得到的气体浓度，B为排放仪测量得到的实际浓度。
本发明中的温度差率T的计算公式如下：
式中：D为模型计算得到的温度浓度，E为发动机台架中热电偶测得的实际温度。
本发明中为了采集SCR后处理器中的温度分布，沿着气体流向，在SCR后处理器中不同轴向和径向位置都布置热电偶，以采集SCR后处理器中的温度分布，布置热电偶的具体位置可视试验需求进行改变，但必需能反应SCR后处理器中的温度场。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的标定方法，通过SCR化学动力学仿真模型和后处理器布置热电偶试验相结合，并利用发动机SCR后处理器台架标定和仿真的优点，可以极大提升SCR标定效率，缩减台架、整车试验时间，节约开发成本，提升产品研发效率。
(2)该方法还可以实现SCR化学动力学参数的高效标定，进而控制SCR中的氨存储和尿素喷射量，NOx的转化率达到96％以上，最终能满足国六及以上排放法规的目标。
附图说明
图1是本发明实施例1中标定方法的示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例
本实施例提供了一种发动机SCR后处理器的标定方法，如图1所示；
(1)发动机台架工况信息采集：在台架试验中，采集的信息包括发动机转速、扭矩、SCR后处理器上游NO/NOx的输入、SCR后处理器上游温度，尿素喷射量，采集的循环包括万有特性、WHTC和WHSC试验。
(2)模型计算：将发动机台架工况信息采集的数据，模型计算，作为模型计算输入的边界条件。由于SCR载体中发生的化学反应依赖于SCR载体温度，因此，同时将SCR温度模型仿真值作为SCR化学动力参数模型的输入。化学动力学仿真参数是SCR化学动力学参数模型需要标定参数的调整库，温度仿真参数调整是SCR温度模型需要标定参数的调整库。
其中SCR动力学参数模型包括化学动力学参数库、气体浓度方程和氨存储计算模型三部分，通过这三部分的方程，可以求解出在SCR中各气体发生的化学反应，进而得到各气体浓度在SCR中经过化学反应的变化率。经过SCR下游各气体浓度及SCR氨泄漏计算模型，得到SCR下游各气体组分的构成，主要包括SCR下游NOx、NO和NH3泄漏量等气体浓度组成，之后进行精度判断。
SCR温度模型包括SCR载体温度变化、排气向壁面热传递模型和壁面向大气热传递模型三部分，即：
SCR催化器温度变化＝排气向壁面传递的热量-壁面向大气热传递模型。
SCR温度模型最终输出SCR载体沿气流方向不同位置的温度及SCR下游温度，之后进行精度判断。
(3)判断：对气体浓度差率C和温度差率T是否满足试验误差进行判断。根据误差的大小，决定继续调整参数进行仿真或结束标定。
若温度差率预设值T0为2％，气体浓度差率预设值C0为5％，
气体浓度差率C的计算公式如下：
式中：A为模型计算得到的气体浓度，B为排放仪测量得到的实际浓度。
温度差率T的计算公式如下：
式中：D为模型计算得到的温度浓度，E为发动机台架中热电偶测得的实际温度。
若计算得到C＜C0＝5％且T＜T0＝2％，则标定结束。反之，则调整针对误差不满足的部分，调整相应的参数，再进行仿真标定。
通过上述实施例的结果可知，本方法实现了SCR化学动力学参数的高效标定，进而控制SCR中的氨存储和尿素喷射量，NOx的转化率达到96％以上，最终能满足国六及以上排放法规的目标。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
