CN102619601A - 一种电控柴油机scr系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电控柴油机SCR系统控制方法，该方法以转速及转矩的二维网格、排温及空速的二维网格作为基点，与原机NOX排放量、NOX转化效率相对应，得到稳态工况下添蓝喷射量；在SCR稳态控制策略的基础上，利用氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数所构成的修正模型对稳态工况中添蓝喷射量进行修正，得到瞬态工况中SCR的控制策略。该方法在基于模型的基础上，对几乎所有的柴油机都适用，厂商后续的工作只是针对不同的机型进行相应的标定试验，这样就会降低成本，缩短研发周期，大大提高了SCR系统及柴油机整机厂的研发效率。本发明还公开了一种采用上述控制方法的电控柴油机SCR系统。

Description

一种电控柴油机SCR系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及发动机排放处理技术领域，特别是电控柴油机SCR系统的控制方法。
背景技术
目前，能源紧缺和环境污染是困扰汽车业快速发展的两大难题。因而汽车使用的降排技术一直是政府和社会广泛关注的目标。
20世纪70年代中期以来，以改善柴油机燃烧过程为主的各种机内净化技术得到了快速的发展和应用，特别是燃烧方式的优化和改进、电子控制燃油喷射、进气增压中冷、多气门等先进技术的应用对降低排气污染物起到了很大的作用。
但随着越来越严格排放法规的实施，大量的试验研究表明仅依靠机内净化措施同时把NOX(氮氧化物)和颗粒降低到满足未来排放法规的要求已经变得越来越困难，并且会导致生产和使用成本明显升高，同时会不同程度地对汽车的动力性和燃油经济性带来负面效应。因此，在柴油机先进机内净化技术的基础上，辅助行之有效的尾气后处理技术成为控制柴油机排放的发展趋势。
根据汽车工业发达国家的发展经验，当前主要有两条技术路线：
其一是EGR(废气再循环装置)+DPF(颗粒捕集器)路线，即先通过废气再循环降低燃烧过程中的NOX生成量，再通过颗粒捕集器捕集因采用此技术而略有增加的颗粒物，从而达到同时降低NOX和颗粒物的效果。
其二是Urea-SCR(以下简称SCR，尿素-选择性催化还原系统)路线，即先通过优化燃烧降低颗粒物排放，同时允许NOX生成量有所增加，然后通过选择性催化还原技术来降低因优化燃烧而产生NOX的排放量。采用净化方案的发动机由于优化了喷油规律，扣除的费用，仍具有一定的节油优势。这对于发动机制造商来说，是吸引消费者的一大亮点。此外，由于技术路线对燃油中的硫不敏感，所以SCR路线比较适合在燃油硫含量高的国家和地区在短时间内投入使用。因此根据我国国情，国内研究机构和主要柴油机企业达成一致意见，即当前在中国将SCR技术作为满足未来国IV、国V排放法规标准的主要技术路线。
现有的SCR的控制策略大多数是针对每一种具体机型而制定的，对于不同的机型，其控制策略可能要进行较大的改动，这样就会使策略的延展性差，导致研发周期长，成本高。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种电控柴油机SCR系统控制方法。该方法在基于模型的基础上，对几乎所有的柴油机都适用，厂商后续的工作只是针对不同的机型进行相应的标定试验，这样就会降低成本，缩短研发周期，大大提高了SCR系统及柴油机整机厂的研发效率。
本发明的第二目的是提供一种采用上述控制方法的电控柴油机SCR系统。
为了实现上述第一目的，本发明提供一种电控柴油机SCR系统控制方法，包括以下步骤：
步骤11：根据柴油机转速及转矩按步长划分，以网格为单元确定工况点，取得原机的NOX排放量、进气流量及油耗，并根据修正参数对原机的NOX排放量、进气流量及油耗进行修正，通过插值处理，最终得到转速及转矩与NOX排放量、进气流量、油耗的二维脉谱；
步骤12：根据排气温度及空速按步长划分，以网格为单元确定率工况点，取得基于不同NH3滑失率的NOX的转化效率，以此为基础，得出基于最大允许NH3滑失率的NOX的最大转化效率，最终得到排气温度、空速及NOX最大转化效率的二维脉谱；
步骤13：根据步骤11得到的NOX排放量及步骤12得到的最大NOX转化效率，计算出所需添蓝喷射量，并根据排气背压的修正，最终得到柴油机稳态工况添蓝喷射量。
优选地，进一步包括确定柴油机瞬态工况添蓝喷射量的步骤：
步骤14：根据排气温度及空速按步长划分，以网格为单元确定工况点，取得在不同排气温度及空速的条件中催化器的总储氨量及储氨量随时间的变化关系，将储氨量作为工况和时间的二元函数，建立氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数；
步骤15：在柴油机工况发生变化时，由步骤14中氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数所构成的修正模型对稳态工况中添蓝喷射量进行修正，最终得到柴油机瞬态工况添蓝喷射量。
优选地，所述步骤11中转速以小于等于200转/每分钟为步长划分，所述步骤11中转矩以小于等于不同转速的最大转矩的不同百分比为步长划分。
优选地，所述步骤13中的添蓝喷射量按体积比以NO2∶NO1＝1∶9为条件计算。
优选地，所述步骤11中的修正参数包括冷却水温度和环境温度。
优选地，所述步骤13中根据排气背压进行修正的方式为：根据NOx传感器反馈的NOx转化效率与预期NOx转化效率比较，根据比较结果对当前尿素溶液喷射量进行修正。
为实现上述第二目的，本发明提供一种电控柴油机SCR系统，该系统采用上述任一项所述的电控柴油机SCR系统控制方法对添蓝喷射量进行控制。
本发明通过建立控制模型，制定SCR系统在柴油机稳态及瞬态工况中的控制策略，即在柴油机稳态及瞬态工况中添蓝喷射量的精确控制方法，降低柴油机尾气中的NOX排放量，以达到国家排放标准。
现有的SCR的控制策略大多数是针对每一种具体机型而制定的，对于不同的机型，控制策略可能要进行较大的改动，这样就会使策略的延展性差，导致研发周期长，成本高。而本发明所提出的控制策略是基于模型的基础上，对几乎所有的柴油机都适用的，厂商后续的工作只是针对不同的机型进行相应的标定试验，这样就会降低成本，缩短研发周期，大大提高了SCR系统及柴油机整机厂的研发效率。
本发明所提供的电控柴油机SCR系统采用了上述控制方法，由于上述控制方法具有上述技术效果，采用该控制方法的电控柴油机SCR系统也应具备相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明所提供电控柴油机SCR系统控制方法确定稳态工况添蓝喷射量的控制流程图；
图2为本发明所提供电控柴油机SCR系统控制方法确定瞬态工况添蓝喷射量的控制流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电控柴油机SCR系统控制方法。该方法在基于模型的基础上，对几乎所有的柴油机都适用，厂商后续的工作只是针对不同的机型进行相应的标定试验，这样就会降低成本，缩短研发周期，大大提高了SCR系统及柴油机整机厂的研发效率。
本发明的另一核心是提供一种采用上述控制方法的电控柴油机SCR系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供电控柴油机SCR系统控制方法确定稳态工况添蓝喷射量的控制流程图。
本发明以转速及转矩的二维网格、排温及空速的二维网格作为基点，与原机NOX排放量、NOX转化效率相对应，得到稳态工况下添蓝喷射量。
第一步：根据柴油机转速及转矩按步长划分，以网格为单元确定工况点，即将发动机的转速与转矩按照一定的步长划分成若干个转速点和转矩点，这些转速点和转矩点对应组成一个网格，网格中每个相应的转速和转矩组成的点即可反映发动机的工作状态；
取得原机的NOX排放量、油耗及进气流量，并根据冷却水温度、环境温度等参数对原机的NOX排放量、油耗及进气流量进行修正，通过插值处理，最终得到转速及转矩与NOX排放量、油耗、进气流量的二维脉谱(即二维表格，在表格中有两个数值决定一个数值，下同)。
第二步：根据排气温度及空速按步长划分，以网格为单元确定率工况点，取得基于不同NH3滑失率(即氨气泄漏量占总量的百分比)的NOX的转化效率，以此为基础，得出基于最大允许NH3滑失率的NOX的最大转化效率，最终得到排气温度、空速及NOX最大转化效率的二维脉谱。
第三步：根据第一步得到的NOX排放量及第二步得到的最大NOX转化效率，计算出所需添蓝喷射量，并根据排气背压的修正，具体修正方式如下：
当SCR系统以一定量向排气管内喷射尿素溶液，如果此时发动机工况发生变化，其排气背压也会相应发生变化，那么实际喷射尿素溶液量与理想尿素溶液喷射量会不一致，达不到预期效果，此时要根据NOx传感器反馈的NOx转化效率与预期NOx转化效率比较，根据比较结果对当前尿素溶液喷射量进行修正；
最终得到柴油机稳态工况中添蓝喷射量。
请参考图2，图2为本发明所提供电控柴油机SCR系统控制方法确定瞬态工况添蓝喷射量的控制流程图。
本发明在SCR稳态控制策略的基础上，利用氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数所构成的修正模型对稳态工况中添蓝喷射量进行修正，得到瞬态工况中SCR的控制策略。
第四步：根据排气温度及空速按步长划分，以网格为单元确定工况点，取得在不同排气温度及空速的条件中催化器的总储氨量及储氨量随时间的变化关系，将储氨量作为工况和时间的二元函数，建立氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数。
第五步：在柴油机工况发生变化时，由第四步中氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数所构成的修正模型对稳态工况中添蓝喷射量进行修正，最终得到在瞬态工况中添蓝的喷射量。
上述电控柴油机SCR系统控制方法仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
本发明通过建立控制模型，制定SCR系统在柴油机稳态及瞬态工况中的控制策略，即在柴油机稳态及瞬态工况中添蓝喷射量的精确控制方法，降低柴油机尾气中的NOX排放量，以达到国家排放标准。
现有的SCR的控制策略大多数是针对每一种具体机型而制定的，对于不同的机型，控制策略可能要进行较大的改动，这样就会使策略的延展性差，导致研发周期长，成本高。而本发明所提出的控制策略是基于模型的基础上，对几乎所有的柴油机都适用的，厂商后续的工作只是针对不同的机型进行相应的标定试验，这样就会降低成本，缩短研发周期，大大提高了SCR系统及柴油机整机厂的研发效率。
除了上述控制方法，本发明还提供一种电控柴油机SCR系统，该系统采用上述任一项所述的电控柴油机SCR系统控制方法对添蓝喷射量进行控制，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
具体地，该系统包括电控柴油机、添蓝控制器、催化器(包含催化器入口温度传感器、催化器出口温度传感器)、定量给料单元、喷嘴、添蓝罐(包含添蓝温度传感器、添蓝液位传感器、添蓝过滤器)、压缩空气调节阀、压缩空气滤清器、冷却液电磁阀、相关仪表线束及管路。
添蓝控制器采用模块化设计，主要包含：电源模块、微处理器模块、输入调理模块、输出驱动模块以及数据储存模块。
本发明所提供的电控柴油机SCR系统采用了上述控制方法，由于上述控制方法具有上述技术效果，采用该控制方法的电控柴油机SCR系统也应具备相应的技术效果。
以上对本发明所提供的电控柴油机SCR系统及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电控柴油机SCR系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤11：根据柴油机转速及转矩按步长划分，以网格为单元确定工况点，取得原机的NOX排放量、进气流量及油耗，并根据修正参数对原机的NOX排放量、进气流量及油耗进行修正，通过插值处理，最终得到转速及转矩与NOX排放量、进气流量、油耗的二维脉谱；
步骤12：根据排气温度及空速按步长划分，以网格为单元确定率工况点，取得基于不同NH3滑失率的NOX的转化效率，以此为基础，得出基于最大允许NH3滑失率的NOX的最大转化效率，最终得到排气温度、空速及NOX最大转化效率的二维脉谱；
步骤13：根据步骤11得到的NOX排放量及步骤12得到的最大NOX转化效率，计算出所需添蓝喷射量，并根据排气背压的修正，最终得到柴油机稳态工况添蓝喷射量。
2.根据权利要求1所述的电控柴油机SCR系统控制方法，其特征在于，进一步包括确定柴油机瞬态工况添蓝喷射量的步骤：
步骤14：根据排气温度及空速按步长划分，以网格为单元确定工况点，取得在不同排气温度及空速的条件中催化器的总储氨量及储氨量随时间的变化关系，将储氨量作为工况和时间的二元函数，建立氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数；
步骤15：在柴油机工况发生变化时，由步骤14中氨气量存储函数及NH3的吸附、解吸附函数所构成的修正模型对稳态工况中添蓝喷射量进行修正，最终得到柴油机瞬态工况添蓝喷射量。
3.根据权利要求2所述的电控柴油机SCR系统控制方法，其特征在于，所述步骤11中转速以小于等于200转/每分钟为步长划分，所述步骤11中转矩以小于等于不同转速的最大转矩的不同百分比为步长划分。
4.根据权利要求3所述的电控柴油机SCR系统控制方法，其特征在于，所述步骤13中的添蓝喷射量按体积比以NO2∶NO1＝1∶9为条件计算。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电控柴油机SCR系统控制方法，其特征在于，所述步骤11中的修正参数包括冷却水温度和环境温度。
6.根据权利要求1至4任一项所述的电控柴油机SCR系统控制方法，其特征在于，所述步骤13中根据排气背压进行修正的方式为：根据NOx传感器反馈的NOx转化效率与预期NOx转化效率比较，根据比较结果对当前尿素溶液喷射量进行修正。
7.一种电控柴油机SCR系统，其特征在于，该系统采用上述权利要求1至6任一项所述的电控柴油机SCR系统控制方法对添蓝喷射量进行控制。
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