CN109948265B - 基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机动车发动机后处理的技术领域，涉及基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，前NOX传感器布置在SCR催化器的尿素喷嘴之前，前NOX传感器需满足空间位置要求及其周围流场分布要求；后NOX传感器布置在SCR催化器的后端，后NOX传感器需要满足步骤一中所述的空间位置要求及其周围流场分布要求，同时满足NOx组分浓度分布评价要求；本发明通过空间要求、流场要求、NOX组分浓度要求的综合评价方式推荐合理位置区域，能有效提升NOX传感器位置评价方法的合理性，进而避免因传感器布置不当而带来的控制策略失灵的情况，同时省去了大量的试验样件成本和试验成本，有效降低了开发成本。

Description

基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法
技术领域
本发明涉及一种基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，该方法可以用于评价商用车中广泛使用的NOX传感器的布置合理性并指导NOX传感器的布置，属于机动车发动机后处理的技术领域。
背景技术
随着国家内燃机尾气污染物排放标准越来越严格，仅凭借内燃机的机内净化技术已经无法满足日益严苛的排放标准。在商用车国五、国六阶段，SCR技术（选择性催化还原技术）因具有油耗低、耐硫性能好等优点，被看作是国内各大商用车主机厂采用的主要后处理技术路线。为了避免还原剂浪费和SCR催化剂载体后氨泄漏带来的二次污染，因此必须根据发动机实际运行工况实时动态调整还原剂的喷射。NOX传感器的数据采集准确性从源头上影响着各大主机厂商开发的SCR尿素喷射系统的控制策略，因此NOX传感器位置合理性显得尤为关键。
如图1所示，在商用车国六阶段，后处理产品一般会在发动机原排后布置一个NOX传感器，该NOX传感器位于AdBlue喷嘴（尿素喷嘴4）之前，此处命名为前NOX传感器1，该前NOX传感器1主要用于测量发动机实时工况下高氮氧化物原排中NOX的浓度，用于计算基本的尿素喷射量；同样在SCR催化器3后也布置了一个NOX传感器，此处命名为后NOX传感器2，该后NOX传感器2主要用于测量经过SCR催化器3处理后的排气中NOX的浓度，用于喷射策略对AdBlue喷嘴中尿素水溶液喷射量的调整。
目前，NOX传感器的布置的具体位置在很多情况下是基于产品工程师的经验或借鉴以往的布置方案，但随着SCR系统尿素喷射的控制策略对高精度NOX浓度测量的依赖，在设计初期并未有完备的风险把控机制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于仿真的NOX传感器位置合理性评价方法，本发明可以在设计初期开展，大大缩短开发周期及减少因后期产品调整带来的经济损失。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、前NOX传感器布置在SCR催化器的尿素喷嘴之前，前NOX传感器需满足空间位置要求及其周围流场分布要求；
若不满足空间位置要求及其周围流场分布要求其中之一，则前NOX传感器位置布置不合理，否则，则合理；
步骤二、后NOX传感器布置在SCR催化器的后端，后NOX传感器需要满足步骤一中所述的空间位置要求及其周围流场分布要求，同时满足NOx组分浓度分布评价要求；
若不满足空间位置要求、其周围流场分布要求及NOx组分浓度分布评价要求其中之一，则后NOX传感器位置布置不合理，否则，则合理。
进一步地，空间位置要求具体为：前NOX传感器和后NOX传感器应布置在基于重力方向的水平线α角度以上区域，α角度为10~15°；
进一步地，流场分布要求具体为：靠近前NOx传感器或后NOX传感器有效信号测量区域的主要流线轨迹与传感器轴线的夹角不超过β角度，β角度为3~5°，所述有效信号测量区域为流体仿真计算时取NOx传感器头部5~10mm区域。
进一步地，在布置边界允许的前提下，前NOX传感器或后NOX传感器优先安装在直管段或规则直筒体段。
进一步地，NOx组分浓度分布评价要求具体为：使用AVL FIRE软件的后处理计算模块对后处理产品进行尿素喷雾计算，对欲布置后NOx传感器的位置，从计算结果中提取该位置处截面的NOX浓度信息，并对该位置处截面的浓度数据进行图形后处理，求出该截面的平均NOX浓度数值，并重新设置截面浓度的显示尺度，后NOx传感器有效信号测量区域应落在显示尺度内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用仿真的方法，通过空间要求、流场要求、NOX组分浓度要求的综合评价方式推荐合理位置区域，能有效提升NOX传感器位置评价方法的合理性，进而避免因传感器布置不当而带来的控制策略失灵的情况，同时省去了大量的试验样件成本和试验成本，有效降低了开发成本。
附图说明
图1为现有技术的NOX传感器和SCR催化器装置的结构示意图。
图2为本发明NOX传感器满足空间位置要求的结构示意图。
图3为本发明NOX传感器满足流场分布要求的结构示意图。
图4为本发明后NOX传感器截面浓度的分布示意图。
图5为本发明后NOX传感器数据后处理的截面浓度分布示意图。
附图标记说明：1—前NOX传感器；2—后NOX传感器； 3—SCR催化器；4—尿素喷嘴。
具体实施方式
以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1：
基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，包括如下步骤：
步骤一、前NOX传感器1布置在尿素喷嘴4之前，前NOX传感器1需满足空间位置要求及其周围流场分布要求；
如图2所示，空间位置要求具体为：前NOX传感器1应布置在基于重力方向的水平线α角度以上区域，α角度为10~15°；
如图3所示，流场分布要求具体为：靠近前NOX传感器1有效信号测量区域的主要流线轨迹与传感器轴线的夹角不超过β角度，β角度为3~5°，所述有效信号测量区域为流体仿真计算时取NOx传感器头部5~10mm区域；
在布置边界允许的前提下，前NOX传感器1优先安装在直管段或规则直筒体段；
若不满足空间位置要求及其周围流场分布要求其中之一，则前NOX传感器1位置布置不合理，否则，则合理；
步骤二、后NOX传感器2布置在SCR催化器的后端，后NOX传感器2需要满足步骤一中所述的空间位置要求及其周围流场分布要求，同时满足NOx组分浓度分布评价要求；
后NOX传感器2布置在SCR催化器3的后端，原排气体经过SCR催化器的高效催化还原后，SCR催化器后端的NOx浓度水平较前NOX传感器1所处的原排环境有了极大程度的下降，较低的NOX浓度水平对后NOX传感器2的位置有着更为苛刻的要求，故在空间位置要求及流场分布要求之外，添加NOx组分浓度分布评价要求；NOx组分浓度分布评价要求具体为：使用AVL FIRE软件的后处理计算模块对后处理产品进行尿素喷雾计算，对欲布置后NOX传感器2的位置，从计算结果中提取该位置处截面的NOX浓度信息，并对该位置处截面的浓度数据进行图形后处理，求出该截面的平均NOX浓度数值，并重新设置截面浓度的显示尺度，后NOX传感器2有效信号测量区域应落在显示尺度内；
设置显示尺度具体为，根据平均NOX浓度数值，设置浓度最大值为（1+γ）倍的平均NOX浓度数值，浓度最小值为（1-γ）倍的平均NOX浓度数值，截面浓度数值介于显示尺度内的浓度区域使用斜线区域显示，截面浓度数值超出或低于显示尺度的浓度区域使用白色显示。根据图形后处理可快速布置后NOx传感器，后NOx传感器有效信号测量区域落在斜线区域内，即为可接受，后NOx传感器有效信号测量区域落在斜线区域外，即为不可接受区域。例如：一截面有NOx浓度各为0.0001、0.0001、0.0001、0.00015、0.00005的五块相同面积的区域，其实际的显示尺度应为0.00005~0.00015，如图4所示。现对浓度数据进行处理，根据平均浓度为0.0001，重新设置截面浓度的显示尺度，取γ为10%，则最大值为（1+10%）*0.0001=0.00011，最小值为（1-10%）*0.0001=0.00009，截面浓度数值介于重新设置的显示尺度内的浓度区域使用斜线区域显示，截面浓度数值超出或低于重新设置的显示尺度的浓度区域使用白色显示，数据后处理后的截面浓度分布如图5所示，后NOX传感器2有效信号测量区域应设置在斜线区域内，由数据后处理后的浓度分布图，可以很便捷的评价后NOX传感器2的布置是否符合浓度分布要求。
在布置边界允许的前提下，后NOX传感器2优先安装在直管段或规则直筒体段。
若不满足空间位置要求、其周围流场分布要求及NOX组分浓度分布评价要求其中之一，则后NOX传感器2位置布置不合理，否则，则合理。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、前NOX传感器（1）布置在尿素喷嘴（4）之前，前NOX传感器（1）需满足空间位置要求及其周围流场分布要求；
若不满足空间位置要求及其周围流场分布要求其中之一，则前NOX传感器（1）位置布置不合理，否则，则合理；
步骤二、后NOX传感器（2）布置在SCR催化器（3）的后端，后NOX传感器（2）需要满足步骤一中所述的空间位置要求及其周围流场分布要求，同时满足NOx组分浓度分布评价要求；
若不满足空间位置要求、其周围流场分布要求及NOx组分浓度分布评价要求其中之一，则后NOX传感器（2）位置布置不合理，否则，则合理；
其中，空间位置要求具体为：前NOX传感器（1）和后NOX传感器（2）应布置在基于重力方向的水平线α角度以上区域，α角度为10~15°；
其中，流场分布要求具体为：靠近前NOx传感器或后NOX传感器（2）有效信号测量区域的主要流线轨迹与传感器轴线的夹角不超过β角度，β角度为3~5°，所述有效信号测量区域为流体仿真计算时取NOx传感器头部5~10mm区域。
2.根据权利要求1所述的基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，其特征在于：在布置边界允许的前提下，前NOX传感器（1）或后NOX传感器（2）优先安装在直管段或规则直筒体段。
3. 根据权利要求1所述的基于仿真的NOx传感器位置合理性评价方法，其特征在于：NOx组分浓度分布评价要求具体为：使用AVL FIRE软件的后处理计算模块对后处理产品进行尿素喷雾计算，对欲布置后NOX传感器（2）的位置，从计算结果中提取该位置处截面的NOX浓度信息，并对该位置处截面的浓度数据进行图形后处理，求出该截面的平均NOX浓度数值，并重新设置截面浓度的显示尺度，后NOX传感器（2）有效信号测量区域应落在显示尺度内。
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