用于车辆排气后处理系统的SCR装置的台架标定系统和方法与流程

用于车辆排气后处理系统的scr装置的台架标定系统和方法
技术领域
1.本申请涉及车辆发动机台架测试领域，具体涉及用于发动机排气后处理系统中的选择性催化还原(scr)装置的台架标定系统和方法。


背景技术：

2.scr台架标定过程的一个重要组成部分是scr满空载测试(load&empty test)，该测试结果可被用于评估发动机排气后处理系统的scr装置的nox转换效率和nh3存储能力。
3.scr满空载测试前需要对scr装置进行预处理，即清空scr装置已存储的nh3。预处理之后，整个满空载测试需要在稳定工况下进行，所述稳态工况至少涉及以下方面：scr装置入口处的排气中nox浓度基本稳定或恒定持续一特定时间段、scr装置入口处的排气温度基本恒定持续一特定时间段。待达到上述稳定工况后，向scr装置持续喷射一定量的尿素溶液，直到scr装置下游出现nh3泄露并达到预设目标，停止喷射尿素。最后scr装置下游的nox值慢慢回升直至与喷射尿素前nox值相等，则测试结束。
4.对于由nox捕集(nox storage catalyst，在本文中简称nsc)装置、颗粒捕捉过滤(diesel particulate filters，在本文中简称dpf)装置、和选择性催化还原(selective catalytic reduction，在本文中简称scr)装置构成的排气后处理系统来说，由于nsc装置自身特性，在特定温度下能够吸附nox或释放nox，所以会影响达到上述稳定工况中的nox浓度稳定所需的时间。为此，行业内通常采用不设置用来吸附nox的化学涂层、因而不具备吸附或释放nox能力的dummy nsc装置来代替具有上述常规功能的nsc装置，这解决了由于nsc装置内nox吸附或释放的不稳定性造成的位于其下游的scr装置入口处nox浓度状况不稳定的问题。
5.然而，由于dummy nsc装置不带贵金属涂层，不能实现通过增加后喷油量而使nsc装置满足位于其下游的dpf装置再生的高温条件。在dpf装置需要再生时，测试人员不得不将dpf装置从scr装置台架标定系统中拆下，转移到诸如烤炉的其他地方进行加热再生，然后重新安装到scr装置台架标定系统中。这既增加了scr装置台架标定或测试的复杂性，又延长了scr台架测试的准备时间。
6.希望能够解决这种排气后处理系统配置中存在的问题。


技术实现要素：

7.本申请针对包括nsc装置、dpf装置和scr装置的排气后处理系统，提供一种新的scr装置台架标定或测试方法和相应的系统，以解决上述技术问题。
8.本申请的目的通过下述用于发动机排气后处理系统中的scr装置的台架标定方法和用于发动机排气后处理系统中的scr装置的台架标定系统实现。
9.用于发动机排气后处理系统中的scr装置的台架标定方法，所述方法包括：
10.提供所述排气后处理系统，其包括在沿着来自发动机的排气在排气管道内流动方向上顺序排列的nsc装置、dpf装置和scr装置，所述nsc装置位于最上游，所述scr装置位于
最下游，所述dpf装置位于所述nsc装置和所述scr装置之间，所述排气后处理系统还包括设置于所述nsc装置上游并且被配置用于测量进入所述nsc装置的排气中的nox含量的第一nox传感器，和设置dpf下游和scr装置之间并且被配置用于测量进入所述scr装置的排气中的nox含量的第二nox传感器；
11.启动发动机，使来自发动机的排气沿所述流动方向依次流经所述nsc装置、所述dpf装置和所述scr装置；
12.计算由所述第一nox传感器测得的进入所述nsc装置的排气中的nox含量和由所述第二nox传感器测得的进入所述scr装置的排气中的nox含量之间的含量差；
13.记录所述含量差持续处于预设差值范围内的含量稳定时长；以及
14.在所述含量稳定时长达到预设含量稳定时长时开始scr装置的满空载测试。
15.在一个实施例中，台架标定方法进一步包括测量进入scr装置的排气的温度，记录所测得的温度持续处于预设温度范围内的温度稳定时长，并且所述scr装置的满空载测试在所述温度稳定时长达到预设温度稳定时长之后开始。
16.在一个实施例中，所述scr装置的满空载测试包括以预设喷射率持续向scr装置内喷射排气处理液。
17.在一个实施例中，所述scr装置的满空载测试包括持续测试氨泄漏，并且在所测得的氨泄漏量值到达预设量值时停止向scr装置内喷射排气处理液。
18.在一个实施例中，台架标定方法进一步包括测量从所述scr装置排出的排气中的nox含量。
19.在一个实施例中，所述台架标定方法被人工控制地执行，或者被自动控制地执行。
20.用于发动机排气后处理系统中的scr装置的台架标定系统，包括：
21.在沿着来自发动机的排气在排气管道内流动方向上顺序排列的nsc装置、dpf装置和scr装置，所述nsc装置位于最上游，所述scr装置位于最下游，所述dpf装置位于所述nsc装置和所述scr装置之间；
22.设置于所述nsc装置上游并且被配置用于测量进入所述nsc装置的排气中的nox含量的第一nox传感器；
23.设置dpf下游和scr装置之间并且被配置用于测量进入所述scr装置的排气中的nox含量的第二nox传感器；和
24.控制器，所述控制器被配置用于计算由所述第一nox传感器测得的进入所述nsc装置的排气中的nox含量和由所述第二nox传感器测得的进入所述scr装置的排气中的nox含量之间的含量差；记录所述含量差持续处于预设差值范围内的含量稳定时长；以及在所述含量稳定时长达到预设含量稳定时长时开始scr装置的满空载测试。
25.在一个实施例中台架标定系统，还包括下述中的一个或多个：
26.用于测量进入scr装置的排气的温度的温度传感器；
27.用于测量scr装置的nh3泄漏的nh3传感器；
28.用于测量从scr装置排出的排气中的nox含量的nox传感器。
29.在一个实施例中，所述控制器进一步配置用于：在scr装置的满空载测试开始后以预设喷射速率、预设浓度向scr装置内喷射排气处理液，和/或在scr装置内的nh3泄漏的量值达到预设量值时停止所述排气处理液的喷射。
30.在一个实施例中台架标定系统还包括与所述控制器通信连接的存储器。
31.根据本申请，通过在nsc装置上游以及在dpf装置和scr装置之间、即scr装置上游设置两个nox传感器，获得由这两个nox传感器测得的nox含量之间的差值、例如它们的绝对偏差。对scr装置的满空载测试在该差值处于预设差值范围内并持续一段时长之后再进行，不但确保了包括nsc装置、dpf装置和scr装置的排气后处理系统在使用中能够满足dpf再生的温度条件，而且能够充分满足对scr装置进行满空载测试的稳定工况的nox含量条件。
附图说明
32.本申请的上述概述和其他特征和优势将在下面对附图中示出的实施例的描述中完美地呈现出来。附图并未按比例绘制，而是仅仅用于示意和说明目的。因此，附图中未示出的特征在其些实施例中可能会存在，而附图中示出的特征不必须存在于所有实施例中。附图中：
33.图1是根据本申请的scr装置台架标定系统的示意图；
34.图2是根据本申请的scr装置台架标定方法的流程图；和
35.图3是scr装置满空载测试的原理曲线图。
具体实施方式
36.图1示出了根据本申请的scr装置台架标定或测试系统的一部分。scr装置台架标定系统中的台架不是本申请的重点，所以未在图中示出，这里也不详细描述。
37.参考图1，示出了安装于台架上的发动机10和从发动机10伸出的排气管道20，从发动机10排出的排气沿箭头方向a流经排气管道20。
38.沿着箭头方向a，来自发动机10的排气依次流经带有scr装置的后处理系统中的nox捕集(nsc)装置30，颗粒捕捉过滤(dpf)装置40，和选择性催化还原(scr)装置50。在图1的实施例中，沿着排气管道20，dpf装置40设置于nsc装置30和scr装置50之间，或者说沿着来自发动机10的排气在排气管道20中的流动方向a，dpf装置40设置于nsc装置30的下游，scr装置50设置于dpf装置40的下游。在nsc装置30的上游或入口处设置有第一nox传感器25；并且在dpf装置40和scr装置50之间、即scr装置50的上游或入口处设置有第二nox传感器45。第一nox传感器25被配置用于测量进入nsc装置30的排气中的nox含量，第二nox传感器45被配置用于测量进入scr装置50的排气中的nox含量，这两个含量参数可以指示nsc装置30的nox吸附或释放的当前状况。
39.在图1所示配置的排气后处理系统中，来自发动机10的排气首先流经nsc装置30。在nsc装置30中，排气中的no首先在贵金属催化剂、例如pt的作用下氧化成二氧化氮，然后no2再与nsc装置的吸附构件上的存储材料、例如碳酸钡发生反应形成硝酸钡，完成nox的存储。此存储阶段优选在排气中含氧量较大的情况下进行，因此优选地，nsc装置30的上游可以设置氧含量传感器。
40.根据nsc装置30的配置，预定的时间过后，nox的存储达到饱和，即nsc装置30无法再通过化学反应存储更多量的nox，存储阶段结束。此时，进入nsc装置30和排出nsc装置30的排气中的nox含量将基本不变。如果要恢复nsc装置30的nox吸附功能，需要对nsc装置30进行再生。再生的过程是在高温下分解和还原硝酸钡的过程，将存储有氮的硝酸钡分解为
对大气无害的co2和n2。
41.dpf装置40设置nsc装置30的下游，排出nsc装置30的排气随后进入dpf装置40。在dpf装置40中具有本领域内任何已知形式的颗粒捕获器，来捕获排气中的颗粒排放物。被捕获的颗粒饱和之后，dpf装置40需要通过在足够高的温度下将颗粒燃烧以实现dpf装置40的再生。在dpf装置40上游设置的上述nsc装置30不是dummy nsc装置，而是包括提供nox吸附或释放作用的贵金属涂层，这样通过增加后喷油量使其在nsc装置30内燃烧能够提供dpf装置40再生所需的高温度，使得对dpf装置40进行再生不再需要从排气管道20拆除、转移到其他热源(例如烤炉)进行加热、最后再重新安装到台架的繁杂操作。
42.排气经过dpf装置40，里面的nox含量基本不变。所以，在nsc装置30的nox存储能力饱和后，排气流经nsc装置30和dpf装置40前后其中的nox含量基本保持不变，即第一和第二nox传感器25和45测得的结果维持基本相等，或者两者之间的差值处于预设差值范围内。这种nox含量维持不变的状态持续一预定时长即认为对scr装置50进行满空载测试的nox方面的稳定工况条件得到满足。
43.接着，排气进入scr装置50，其中，排气在催化剂的催化作用下与被喷入的排气处理液、例如尿素发生还原反应，生成对大气无害的n2和h2o，这里不再详述。
44.图2示出了利用上述scr装置台架标定或测试系统进行scr装置台架标定过程或方法的流程图。
45.该scr装置台架标定过程或方法涉及下述步骤：准备上述scr装置台架标定系统的步骤s1；启动发动机10使其排气流经排气管道20上的nsc装置30、dpf装置40和scr装置50的步骤s2；用第一和第二nox传感器25和45分别测量进入nsc装置30和进入scr装置50的排气中的nox含量的测量步骤s3；计算分别由第一和第二nox传感器25和45测得的nox含量的含量差的计算步骤s4；记录所述含量差持续处于预设差值范围内的含量稳定时长的含量计时步骤s5；以及在所述含量稳定时长满足预设含量稳定时长时开始scr装置的满空载测试的测试开始步骤s6。
46.所述scr装置台架标定过程或方法在测试开始步骤s6之前可以进一步包括测量进入scr装置50的排气温度的温度测量步骤，和记录所测得的温度持续处于预设温度范围内的温度稳定时长的温度计时步骤。相应地，scr装置台架标定系统可以包括设置于scr装置50上游或入口处的用于此功能的温度传感器35。测试开始步骤s6可以在所述温度稳定时长达到预设温度稳定时长之后开始。可选地，温度测量步骤和温度计时步骤可以与测量步骤s3、计算步骤s4和含量计时步骤s5并行进行，或者以先后顺序进行。
47.测试开始步骤s6包括向scr装置50内的排气中喷射排气处理液、例如尿素溶液的步骤。喷射排气处理液的操作可以以预设的或恒定的喷射速率或计量并且以预定的排气处理液浓度进行。此scr装置台架标定过程还包括，在利用第一和第二nox传感器25和45进行nox含量测量的测量步骤s3之前，进行scr装置50内的nh3清空步骤。scr装置台架标定过程还包括持续测试scr装置50内的nh3泄漏的步骤，相应地，scr装置台架标定系统还包括用于测量nh3泄漏的传感器。
48.此外，scr装置台架标定系统还包括设置于scr装置50下游的nox传感器55，用于测量从scr装置50排出的排气中的nox含量。
49.根据本申请，上述scr装置台架满空载过程可以手动进行，即由操作人员执行各计
算步骤s4和含量计时步骤s5以及测试开始步骤s6。具体地，操作人员读取第一和第二nox传感器25和45测量的结果，计算上述含量差，并且记录所述含量差持续处于预设差值范围内的含量稳定时长，以及在含量稳定时长达到预设含量稳定时长时开始scr装置的满空载测试。
50.可选地，本申请的上述标定过程可以自动进行。相应地，scr装置台架标定系统包括与第一和第二nox传感器25和45通信连接的控制器和存储本过程可能用到的各预设参数的存储器。预存于存储器内的预设参数包括、但不仅限于上述预设差值范围，预设含量稳定时长，预设温度范围，和预设温度稳定时长。
51.图3示出了步骤s6开始之后对scr装置50进行满空载测试的曲线图。曲线l1、l2和l3分别表示由scr装置50下游的nox传感器55测得的排气中的nox含量、由nh3传感器测得的nh3泄漏的测量值、和排气处理液喷射速率或剂量。横坐标表示时间，以s计。纵坐标表示nox含量或nh3泄漏测量值或排气处理液喷射速率或剂量。
52.从图3的时刻t0开始，开始scr装置50进行满空载测试，在时刻t0至时刻t1期间，没有排气处理液喷射到scr装置50内，scr装置50未提供nox还原反应，排出scr装置50的排气中nox含量即等于通过位于scr装置50上游的第二nox传感器45测得的nox含量，基本上恒定不变。在时刻t1，开始向scr装置50以恒定的预设速率或剂量、并且以预设的浓度喷射排气处理液，排气中的nox开始发生化学反应，由scr装置50下游的nox传感器55测得的nox含量开始降低，直至逐渐平稳。一段时间过后，在时刻t2的位置，nh3传感器开始测量到nh3泄漏，nh3泄漏的量值大致线性地上升。在时刻t3，nh3传感器测得的nh3泄漏量值达到预设值，此时终止排气处理液的喷射。在之后的一较短时间内，排气中的nox持续与已经存储到scr装置内的nh3反应，此时nh3泄漏仍会短时上升然后下降，直至降到最低值，例如零。同时由scr装置50下游的nox传感器55测得的nox含量在短时间内仍维持平稳，然后开始升高，说明已经在逐渐消耗存储到scr装置50内的nh3。内部存储的nh3彻底消耗完后，在时刻t4，由nox传感器55测得的nox含量与喷射排气处理液之前的nox水平相当。
53.由此可知，scr装置50的满空载测试过程还包括在nh3泄漏的量值上升到预设量值时停止向scr装置50喷射排气处理液的步骤以及停止喷射排气处理液后清空scr装置内部nh3存储的步骤。
54.根据本申请，通过在nsc装置30上游以及在dpf装置40和scr装置50之间、即scr装置50上游设置两个nox传感器，通过使scr装置50的满空载测试在这两个nox传感器测得的nox含量的含量差处于预设差值范围内持续预设含量稳定时长之后再进行，确保了包括nsc装置、dpf装置和scr装置的排气后处理系统不但能够满足dpf再生的温度条件，使dpf装置的再生操作能够在不中断scr装置台架标定过程且不移除dpf装置的情况下进行，而且能够充分满足对scr装置50进行满空载测试的稳定工况的nox含量条件。
55.本申请基于特别优选的实施例进行了示出和描述，但并不限制于所示出和描述的细节。相反，在不偏离由附属权利要求限定的实质和范围的情况下可以进行各种修改或变异。