CN103590876B - 柴油发动机尾气净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油发动机尾气净化方法，对于柴油机尾气处理装置中的还原剂投放量，综合考虑了柴油机的实际常用工况，控制器能够监控发动机的运行工况，当发现柴油机常用工况发生改变或者当前数据不符合实际常用工况时，在柴油机上电过程中选择最佳的柴油机MAP（脉谱）和还原剂投放量MAP，兼顾柴油机的燃油消耗和实际NOx（氮氧化物）的排放。本方法能够保证柴油机在实际运行过程中，尾气排放在法规规定的范围内，防止出现满足排放认证的车辆在实际运行过程中，实际排放量超过法规规定的限值的现象。同时，保证柴油机油耗和还原剂投放量在当前排放要求下的最优消耗。

Description

柴油发动机尾气净化方法

技术领域

本发明涉及柴油发动机，尤其是一种柴油发动机尾气净化方法。

背景技术

柴油发动机（以下简称柴油机）扭矩和功率都比较大，是目前重要的一种车用发动机。柴油发动机的尾气处理主要有SCR技术（选择性催化还原法）和EGR技术（废气再循环法）。

中国专利申请CN102191980A公开了一种用于内燃机废气后处理的SCR催化器运行方法，该方法为了减少废气中NOx对还原剂进行添加，并且借助模型计算应添加还原剂的需要量。当在SCR催化器下游的测量NOx传感器数值和在SCR催化器下游的模拟NOx数值之间的偏差在可规定的阈值之上时，对还原剂的投放量进行相应的调整，使得上述偏差调整到规定阈值之内。

中国专利申请CN102619601A公开了一种电控柴油机SCR系统及其控制方法，该方法主要以转速及转矩的二维网格、排温及空速的二维网格为基点，与原机的NOx排放量、NOx转化效率相对应，得到稳态工况下尿素喷射量，并在SCR稳态控制策略的基础上，利用氨气储存函数及NH3的吸附、解吸附函数所构成的修正模型对稳态工况中尿素喷射量进行修正，得到瞬态工况下SCR的控制策略。

中国专利申请CN1804378A公开了一种还原剂计量给予系统，用于在机用车辆的SCR系统中使用。其中的基础计量给予模块基于NOx反馈信号来计算在SCR系统的SCR催化剂之前注入的所需的还原剂的量，并考虑催化器的储氨特性，最终基于所需的还原剂量向还原剂计量机构发信号以周期性的注入适量的还原剂。

现有的SCR控制策略主要是根据工程师的标定经验，来确定柴油发动机的原机排放量和SCR还原剂投放量基本值，同时根据NOx传感器反馈值闭环控制实际还原剂的投放量。并不涉及到常用工况改变时的应对措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油发动机尾气净化方法，对于柴油机尾气处理装置中的还原剂投放量，综合考虑了柴油机的实际常用工况，控制器能够监控发动机的运行工况，当发现柴油机常用工况发生改变或者当前数据不符合实际常用工况时，在柴油机上电过程中选择最佳的柴油机MAP（脉谱）和还原剂投放量MAP，兼顾柴油机的燃油消耗和实际NOx（氮氧化物）的排放。本发明采用的技术方案是：一种柴油发动机尾气净化方法，包括以下步骤：

a.分别根据柴油机不同的常用工况，建立优化数学模型，使得在满足车辆要求和法规要求的前提下，柴油机油耗和还原剂投放量达到最优，对应柴油机多种不同的常用工况，形成多组柴油机运行MAP和尾气后处理装置还原剂投放量MAP；

b.在柴油机的实际运行过程中，先确定一个尾气处理装置还原剂投放量的基本值，然后对上述还原剂投放量基本值进行瞬态修正，得到最终的尾气处理装置还原剂投放量；

c.在柴油机每次的运行过程中，获取柴油机工况分布概率数据并保存到控制器中；

d.读取最近柴油机工况分布概率数据，并与当前运行数据对应的常用工况范围做比较，当发现柴油机实际运行常用工况与目前所用数据标示的预存常用工况有偏差时，将整个柴油机运行MAP和尾气处理装置还原剂投放量MAP都切换到符合实际常用工况的数据。

进一步地，步骤a中，所述分别根据柴油机不同的常用工况，建立优化数学模型具体包括：

分别根据柴油机不同的常用工况，综合考虑柴油机性能和尾气处理装置性能，以最优的柴油机燃油消耗和尾气处理装置中还原剂投放量为目标函数，法规规定的NOx、PM排放量和车辆动力性指标为约束条件，建立优化数学模型。

进一步地，步骤b中，根据催化器温度和废气温度对还原剂投放量基本值进行瞬态修正。

进一步地，步骤c中，在柴油机每次的运行过程中，通过周期性地记录柴油发动机的实际运行工况，在柴油机控制器下电前将得到的工况点数据进行数理统计分析，以获取柴油机工况分布概率数据并保存到控制器中。

进一步地，步骤d中，所述读取最近柴油机工况分布概率数据，并与当前运行数据对应的常用工况范围做比较，读取与比较的时刻是在柴油机每次上电过程中。

上述方法能够保证柴油机在实际运行过程中，尾气排放在法规规定的范围内，防止出现满足排放认证的车辆在实际运行过程中，实际排放量超过法规规定的限值的现象。同时，保证柴油机油耗和还原剂投放量在当前排放要求下的最优消耗。

附图说明

图1为柴油机匹配还原剂投放系统布置示意图。

图2为还原剂投放量控制策略示意图。

图3为两种不同应用场合下柴油机工况分布概率图。

图4为柴油机运行MAP和还原剂投放策略MAP切换逻辑图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种柴油发动机尾气净化方法，包括以下步骤：

a.分别根据柴油机不同的常用工况，综合考虑柴油机性能和尾气处理装置性能，以最优的柴油机燃油消耗和尾气处理装置中还原剂投放量为目标函数，法规规定的NOx、PM排放量和车辆动力性指标为约束条件，建立优化数学模型，使得在满足车辆要求和法规要求的前提下，柴油机油耗和还原剂投放量达到最优，对应柴油机多种不同的常用工况，形成多组柴油机运行MAP和尾气后处理装置还原剂投放量MAP；

b.在柴油机的实际运行过程中，先确定一个尾气处理装置还原剂投放量的基本值，然后根据催化器温度和废气温度对上述还原剂投放量基本值进行瞬态修正，得到最终的尾气处理装置还原剂投放量；

c.在柴油机每次的运行过程中，周期性地记录柴油发动机的实际运行工况，在柴油机控制器下电前将得到的工况点数据进行数理统计分析，得到柴油机工况分布概率数据并保存到控制器中；

d.在柴油机每次上电过程中，读取最近柴油机工况分布概率数据，并与当前运行数据对应的常用工况范围做比较，当发现柴油机实际运行常用工况与目前所用数据标示的预存常用工况有偏差时，将整个柴油机运行MAP和尾气处理装置还原剂投放量MAP都切换到符合实际常用工况的数据。

图1是柴油机匹配还原剂投放系统布置示意图。新鲜空气通过增压器2进入到柴油机1进气系统，随着柴油机燃油系统把高压燃油喷入到燃烧室中，直接在缸内形成可燃混合气并且迅速燃烧。燃烧生成的污染排放物（主要是PM和NOx）主要随柴油机转速、负荷、喷射角度、喷射次数和燃油压力的变化而变化。由于柴油机尾气的生成机理非常复杂，影响因素较多，排放物理论预测模型尚未成熟，目前主要依靠实验手段进行测量和标定。一般来讲，配备还原剂投放系统的车型，在柴油机标定过程中，首先将原机排放物中的PM降低到法规规定要求，相应升高的NOx则通过还原剂投放装置来降低，使得最终的污染物排放量均达到法规规定的要求。尾气处理装置DOC3的主要作用是氧化柴油机尾气中的HC和CO，同时用来提高尾气中的温度，方便后续还原剂投放装置的反应。还原剂吸附泵4将还原剂从还原剂存储罐5中吸附出来，根据设定的投放策略以及当前工况、传感器等各类信息，进行还原剂投放。催化器6的转化效率与废气温度密切相关，废气温度需要达到一定阈值才能开始转化NOx。同时废气温度还对催化器6的储氨能力影响较大。因此，在考虑还原剂投放策略时，必须综合考虑多方面因素。

图2为还原剂投放量控制策略示意图。最终还原剂投放量为稳态基本值和瞬态修正值之和。还原剂投放量稳态基本值主要考虑NOx生成量、催化器效率等因素。NOx生成量主要通过NOx浓度和废气流量进行换算，同时，进气温度、进气湿度对NOx生成量有修正。瞬态修正值主要通过催化器温度和废气温度查询瞬态修正MAP获取修正值。NOx浓度、废气流量、废气温度主要根据发动机的转速和负荷查询相应MAP得到，催化器效率主要与废气温度和废气流量有关。良好的还原剂投放策略和标定策略不仅能够缩短标定周期，提高工作效率，而且还能在满足排放要求的前提下优化还原剂的消耗。

在实际标定过程中，分别根据柴油发动机不同的常用工况，综合考虑柴油机性能和尾气后处理装置性能，以最优的柴油机燃油消耗和尾气处理装置中还原剂投放量为目标函数，法规规定的NOx、PM排放量和车辆动力性指标为约束条件，建立优化数学模型，使得在满足车辆要求和法规要求的前提下，柴油机油耗和还原剂投放量达到最优。不同常用工况下，特定工况点的权重和NOx的目标降低量有所区别。一般来讲，一次标定过程并不能满足法规规定的NOx排放要求，需要对某些工况进行适当调整。转化率较高的工况点还原剂投放量的设定值大一些，以充分利用催化还原反应，提高还原剂利用率，而转化率较低的工况点还原剂投放量设定值则小一些，以防止氨气的泄露。如果单单修改还原剂投放量仍然不能满足NOx排放要求，则需要对发动机本体影响NOx排放的参数进行适当调整。同样的，如果发现NOx排放的余量较大，也需要对发动机本体参数进行优化调整。这样就使得同一套柴油机和尾气处理装置要适应不同的用途，即柴油机常用工况范围的不同，存在多组柴油机运行MAP和尾气后处理装置还原剂投放量MAP。不同MAP组之间，柴油机运行MAP主要是喷射油量、喷射角度、喷射次数和燃油压力的区别，相应的，废气温度MAP和原机排放MAP也有所区别。而尾气处理装置中还原剂投放量MAP主要是NOx生成量、催化器效率MAP、瞬态修正系数MAP等数据有所不同。

图3是两种不同应用场合下柴油机工况分布概率图。根据转速高低和负荷大小，分别划分出5个区域。所有区域覆盖了柴油机的整个外特性范围。在柴油机实际运行过程中，周期性的采样柴油机瞬时转速和负荷，每采样一个周期，瞬时工况对应的工况区域递增1。在柴油机下电前进行数理统计分析，求出每个区域工况点分布的百分比，并将数据保存到控制器当中。图3可以看出，车辆1对应的柴油机工况主要分布在区域2、区域3和区域4中，而车辆2对应的柴油机工况则主要分布在区域3中。由此可见，在标定这两类常用工况不同的柴油机及后处理系统时，需要充分考虑其柴油机的常用工况，使得柴油机在运行过程中所采用的数据是最匹配其用途的数据。

图4为柴油机运行MAP和还原剂投放策略MAP数据切换逻辑示意图。柴油机每次上电过程中，读取最近柴油机工况分布概率数据，并与当前运行数据对应的常用工况范围做比较，当发现柴油机实际运行常用工况与目前所用数据标示的预存常用工况有偏差时，将整个柴油机运行MAP和尾气处理装置还原剂投放量MAP都切换到符合实际常用工况的数据。这样能够保证柴油机在实际运行过程中，尾气排放在法规规定的范围内，防止出现满足排放认证的车辆在实际运行过程中，实际排放量超过法规规定的限值的现象。同时，保证柴油机油耗和还原剂投放量在当前排放要求下的最优消耗。

Claims (4)

1.一种柴油发动机尾气净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.分别根据柴油发动机不同的常用工况，建立优化数学模型，使得在满足车辆要求和法规要求的前提下，柴油发动机油耗和还原剂投放量达到最优，对应柴油发动机多种不同的常用工况，形成多组柴油发动机运行MAP和尾气后处理装置还原剂投放量MAP，尾气处理装置还原剂投放量MAP主要是NOx生成量、催化器效率MAP、瞬态修正系数MAP数据有所不同；

b.在柴油发动机的实际运行过程中，先确定一个尾气处理装置还原剂投放量的基本值，然后对上述还原剂投放量基本值进行瞬态修正，得到最终的尾气处理装置还原剂投放量，还原剂投放量基本值主要考虑NOx生成量、催化器效率，瞬态修正值主要通过催化器温度和废气温度查询瞬态修正MPA获取修正值；

c.在柴油发动机每次的运行过程中，获取柴油发动机工况分布概率数据并保存到控制器中；

d.读取最近柴油发动机工况分布概率数据，并与当前运行数据对应的常用工况范围做比较，当发现柴油发动机实际运行常用工况与目前所用数据标示的预存常用工况有偏差时，将整个柴油发动机运行MAP和尾气处理装置还原剂投放量MAP都切换到符合实际运行常用工况的数据。

2.如权利要求1所述的柴油发动机尾气净化方法，其特征在于：步骤a中，所述分别根据柴油发动机不同的常用工况，建立优化数学模型具体包括：

分别根据柴油发动机不同的常用工况，综合考虑柴油发动机性能和尾气处理装置性能，以最优的柴油发动机燃油消耗和尾气处理装置中还原剂投放量为目标函数，法规规定的NOx、PM排放量和车辆动力性指标为约束条件，建立优化数学模型。

3.如权利要求1所述的柴油发动机尾气净化方法，其特征在于：步骤c中，在柴油发动机每次的运行过程中，通过周期性地记录柴油发动机的实际运行工况，在柴油发动机控制器下电前将得到的工况点数据进行数理统计分析，以获取柴油发动机工况分布概率数据并保存到控制器中。

4.如权利要求1所述的柴油发动机尾气净化方法，其特征在于：步骤d中，所述读取最近柴油发动机工况分布概率数据，并与当前运行数据对应的常用工况范围做比较，读取与比较的时刻是在柴油发动机每次上电过程中。