CN106382166A - 基于智能化交通系统的柴油机瞬态排放控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于智能化交通系统的柴油机瞬态排放控制系统机控制方法，属柴油机排放控制技术领域，控制系统的发动机传感器信息获取单元和智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元与进排气控制执行器电控单元连接；进排气控制执行器电控单元与电控EGR阀、节气门、可变几何截面增压器以及尿素喷射器连接。本发明通过车载智能交通系统，获取前方交通流、路段长度以及交通灯等信息。基于一定的行驶优化智能化驾驶策略，能够提前预知瞬态工况条件，指导排放控制系统提前反应，会大大提高柴油机瞬态排放控制效率。

Description

基于智能化交通系统的柴油机瞬态排放控制系统及控制方法
技术领域
本发明属柴油机瞬态排放控制技术领域，具体涉及一种基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统及控制方法。
背景技术
自从内燃机问世以来，已经有一个多世纪了。现代的工业和交通运输、机械化农业等领域对其需求量特别大，其功率输出约占移动动力装置中的90％，优势巨大。世界是矛盾的统一体，对内燃机来说也不例外。在给人类的发展提供了强大的动力的同时，也不可避免地也给人类提出了许多严峻的问题，其中之一就是环境污染。
在内燃机中，比重最大的是汽油机和柴油机。与汽油机相比，柴油机具有更高的燃油经济性和动力输出。柴油机已经、并且仍将继续在中重型车辆领域占统治地位，而且近些年在轻型车辆领域也在迅速扩张。然而，由于其稀燃的特性，柴油机会比汽油机产生更多的微粒(PM)和NOx有害气体。为了改善柴油机的燃烧及排放，逐渐加入一些进排气控制技术。废气再循环(EGR)系统可改善柴油机燃烧和减少NOx排放。可变几何截面增压(VGT)可提高柴油机的进气密度、空气质量流量和功率，也能有效解决低速扭矩不足、部分负荷经济性差、瞬态响应迟缓等问题。在柴油机上安装节气门，可以进一步调节空气质量流量和EGR回流流量。尿素SCR排放后处理系统，可通过尿素生成的氨(NH3)与NOx发生化学反应，减少NOx排放，但是也可能导致NH3逃逸。
随着排放法规越来越严格，这些技术都可能会出现在同一台柴油机上，协同控制优化燃烧和排放。对这些进排气技术而言，瞬态工况控制是难点。工业界常用的方法是，各执行器按照预先标定的图表工作。相比这种传统方法，通过一些传感器信号，判定是否是瞬态工况再采取相应措施，效果要好一些。但是，由于发动机进排气路存在严重的时滞问题，依靠传感器信号判断的方法效果有限。
发明内容
随着未来智能化交通系统时代的到来，可通过全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)以及预测巡航控制系统(PCCS)在车辆上的应用，获取前方交通流、道路坡度、路段长度、限速以及交通灯等信息。当前，国内外有很多学者基于这些智能化信息，进行了汽车经济性行驶优化研究。例如，通过这些外部信息获取分析，在前方红灯路口，适当提前减速，可以增加滑行时间；适当加速通过即将变红灯的路口，可以减少怠速等待时间。基于一定的智能化驾驶策略，能够提前预知车辆的瞬态工况条件。所以，通过信息处理单元预判瞬态工况，指导排放控制系统提前反应，会大大提高瞬态排放控制效率。本发明主要的控制策略是，在预判为瞬态加速工况时，提前控制EGR阀、VGT、节气门以及尿素SCR系统尿素喷射器进入加速开环控制状态；在预判为瞬态减速(滑行、制动)工况时，提前控制尿素SCR系统尿素喷射器进入减速开环控制状态。
本发明的目的是为了克服背景技术中的不足，提供一种基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统及控制方法。
本发明之基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统由电控EGR阀、节气门、可变几何截面增压器(VGT)、压气机、SCR催化器、尿素喷射器、三通、发动机排气总管、发动机进气总管、发动机传感器信息获取单元、进排气控制执行器电控单元、智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元组成，其中发动机传感器信息获取单元和智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元与进排气控制执行器电控单元连接；进排气控制执行器电控单元与电控EGR阀、节气门、可变几何截面增压器以及尿素喷射器连接；三通与发动机排气总管、可变几何截面增压器和电控EGR阀连通，节气门、压气机和发动机进气总管依次连通。
基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统的控制方法，包括以下步骤：
1)采集前方交通流、道路坡度、路段长度、限速以及交通灯信息，经智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元处理后，形成预判的瞬态工况信息；
2)进排气控制执行器电控单元根据发动机传感器信息获取单元传来的传感器信息，以及智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元传来的预判瞬态工况信息，判断下一采样时刻是稳态工况，还是瞬态加速或减速工况；
3)如果判断下一采样时刻是稳态工况，电控EGR阀、可变几何截面增压器、节气门以及尿素喷射器控制采用稳态标定控制方法；
4)如果判断下一采样时刻为瞬态加速，电控EGR阀全关、可变几何截面增压器流通面积达到最小、节气门全开以及停止尿素喷射；
5)如果判断下一采样时刻为瞬态减速，控制停止尿素喷射。
本发明的工作原理如下：
瞬态加速工况下的开环控制策略为，节气门全开、电控EGR阀全关，同时VGT流通面积达到最小，使得增压器反应灵敏、延迟减少，提高进气系统反应速度，能够使新鲜空气最大限度进入缸内，优化瞬态PM排放。瞬态加速工况，空燃比较小，氧浓度有限，NOx排放较低，此时停止尿素喷射，可以降低NH3逃逸。
瞬态减速(滑行、制动)工况下，喷油停止，无NOx产生，及时停止尿素喷射可以减少NH3逃逸。
本发明与现有技术相比具有的优点：
1、适应于未来智能化交通系统发展的方向。
2、可以有效改善柴油机瞬态排放。
3、控制策略简单，通用性强，易于工业实践。
附图说明
图1是基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明之基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统由电控EGR阀1、节气门2、可变几何截面增压器3、压气机4、SCR催化器5、尿素喷射器6、三通7、发动机排气总管8、发动机进气总管9、发动机传感器信息获取单元10、进排气控制执行器电控单元11、智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元12组成，其中发动机传感器信息获取单元10和智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元12与进排气控制执行器电控单元11连接；进排气控制执行器电控单元11与电控EGR阀1、节气门2、可变几何截面增压器3以及尿素喷射器6连接；三通7与发动机排气总管8、可变几何截面增压器3和电控EGR阀1连通，节气门2、压气机4和发动机进气总管9依次连通。
基于智能交通系统的柴油机瞬态排放控制系统的控制方法，包括以下步骤：
1)采集前方交通流、道路坡度、路段长度、限速以及交通灯信息，经智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元12处理后，形成预判的瞬态工况信息；
2)进排气控制执行器电控单元11根据发动机传感器信息获取单元10传来的传感器信息，以及智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元12传来的预判瞬态工况信息，判断下一采样时刻是稳态工况，还是瞬态加速或减速工况；
3)如果判断下一采样时刻是稳态工况，电控EGR阀1、可变几何截面增压器3、节气2以及尿素喷射器6控制采用稳态标定控制方法；
4)如果判断下一采样时刻为瞬态加速，电控EGR阀1全关、可变几何截面增压器3流通面积达到最小、节气门2全开以及停止尿素喷射；
5)如果判断下一采样时刻为瞬态减速，控制停止尿素喷射。

Claims (2)

1.一种基于智能化交通系统的柴油机瞬态排放控制系统，其特征在于：由电控EGR阀(1)、节气门(2)、可变几何截面增压器(3)、压气机(4)、SCR催化器(5)、尿素喷射器(6)、三通(7)、发动机排气总管(8)、发动机进气总管(9)、发动机传感器信息获取单元(10)、进排气控制执行器电控单元(11)、智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元(12)组成，其中发动机传感器信息获取单元(10)和智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元(12)与进排气控制执行器电控单元(11)连接；进排气控制执行器电控单元(11)与电控EGR阀(1)、节气门(2)、可变几何截面增压器(3)以及尿素喷射器(6)连接；三通(7)与发动机排气总管(8)、可变几何截面增压器(3)和电控EGR阀(1)连通，节气门(2)、压气机(4)和发动机进气总管(9)依次连通。
2.权利要求1所述的控制系统的控制方法，包括下列步骤：
1)、采集前方交通流、道路坡度、路段长度、限速以及交通灯信息，经智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元(12)处理后，形成预判的瞬态工况信息；
2)、进排气控制执行器电控单元(11)根据发动机传感器信息获取单元(10)传来的传感器信息，以及智能交通系统信息获取及瞬态工况预判单元(12)传来的预判瞬态工况信息，判断下一采样时刻是稳态工况，还是瞬态加速或减速工况；
3)、如果判断下一采样时刻是稳态工况，电控EGR阀(1)、可变几何截面增压器(3)、节气门(2)以及尿素喷射器(6)控制采用稳态标定控制方法；
4)如果判断下一采样时刻为瞬态加速，电控EGR阀(1)全关、可变几何截面增压器(3)流通面积达到最小、节气门(2)全开以及停止尿素喷射；
5)如果判断下一采样时刻为瞬态减速，控制停止尿素喷射。
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