CN113606022B - 尿素管路压力控制方法、发动机 - Google Patents

尿素管路压力控制方法、发动机 Download PDF

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Abstract

本发明属于发动机技术领域，本发明提出了一种尿素管路压力控制方法和一种发动机，该方法用于控制车辆的后处理尿素喷射系统中尿素泵与尿素喷嘴之间的尿素管路的压力，包括以下步骤：获取所述尿素喷嘴的需求尿素喷射量和所述尿素管路的当前压力；根据所述需求尿素喷射量和所述当前压力查询关系表，所述关系表根据所述后处理尿素喷射系统的标定测试获得；根据查询所述关系表的结果对所述尿素泵的占空比进行前馈控制，使得所述尿素管路的压力达到预设压力值。该方法通过后处理系统模型计算的需求尿素喷射量，再根据尿素管路内的当前压力查询关系表作为压力控制的前馈输入，关系表由尿素喷射系统的标定测试获得，实现尿素喷射系统的管路压力稳定。

Description

尿素管路压力控制方法、发动机
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种尿素管路压力控制方法，本发明还涉及一种发动机。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
现有的车用后处理尿素喷射系统中，尿素泵到尿素喷嘴之间的管路在尿素喷射量过大时会出现管路内压力波动过大的问题，而现有的前馈控制依据经验进行标定，增加了标定难度和工作量，对不同的喷射系统适用性差。另外，现有的前馈控制的输入为实际尿素喷射阀的占空比和周期，在控制上将滞后一到两个调度周期，在尿素喷射量变化较大时，压力波动大，不能很好的起到前馈控制的效果。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有技术中后处理尿素喷射系统的管路压力控制难以标定并且控制滞后的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种尿素管路压力控制方法，用于控制车辆的后处理尿素喷射系统中尿素泵与尿素喷嘴之间的尿素管路的压力，包括以下步骤：
获取所述尿素喷嘴的需求尿素喷射量和所述尿素管路的当前压力；
根据所述需求尿素喷射量和所述当前压力查询关系表，所述关系表根据所述后处理尿素喷射系统的标定测试获得；
根据查询所述关系表的结果对所述尿素泵的占空比进行前馈控制，使得所述尿素管路的压力达到预设压力值。
本发明提出的尿素管路压力控制方法通过后处理系统模型计算的需求尿素喷射量，再根据尿素管路内的当前压力查询关系表作为压力控制的前馈输入，控制尿素泵的空占比，实现尿素喷射系统的管路压力稳定控制。其中关系表由后处理尿素喷射系统的标定测试获得，在测试中测试并记录恒定尿素管路压力下尿素喷射量与占空比的关系，根据测试结果建立关系表，输入车辆控制系统供车辆行驶中尿素管路压力波动较大时查表以控制尿素泵占空比，进而维持尿素管路压力稳定。
另外，根据本发明的尿素管路压力控制方法，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述标定测试包括以下步骤：
控制所述尿素泵和所述尿素喷嘴按预设工况运行；
获取所述尿素泵的占空比、所述尿素喷嘴的尿素喷射量以及所述尿素管路的管路压力；
根据所述占空比、所述尿素喷射量和所述管路压力建立所述管路压力为设定压力值的条件下所述尿素喷射量与所述占空比之间的所述关系表。
在本发明的一些实施例中，所述控制所述尿素泵和所述尿素喷嘴以预设工况运行包括：
控制所述尿素泵建压，使所述尿素管路的管路压力达到设定压力值，记录所述设定压力值；
控制所述尿素喷嘴的尿素喷射量为最小尿素喷射量，记录所述尿素喷射量；
控制所述尿素泵的占空比，使所述尿素管路的管路压力达到所述设定压力值，记录所述占空比；
控制所述尿素喷嘴增加尿素喷射量；
执行所述控制所述尿素泵的占空比，使所述尿素管路的管路压力达到设定压力值，直至所述尿素喷嘴的尿素喷射量达到最大尿素喷射量。
在本发明的一些实施例中，所述获取所述尿素喷嘴的需求尿素喷射量和所述尿素管路的当前压力包括：
建立后处理系统模型；
根据所述后处理系统模型获得需求尿素喷射量；
接收尿素管路压力传感器的当前压力信号。
在本发明的一些实施例中，所述根据后处理系统模型获得需求尿素喷射量包括：
建立催化剂化学反应模型和氨存储模型；
接收NOx浓度传感器的上游NOx浓度信号；
根据所述上游NOx浓度信号、所述催化剂化学反应模型以及所述氨存储模型获得所述需求尿素喷射量。
本发明的第二方面提出了一种发动机，用于执行如本发明第一方面提出的尿素管路压力控制方法，包括：
ECU和后处理尿素喷射系统，所述后处理尿素喷射系统和与所述ECU电连接。
本发明第二方面提出的发动机具有和本发明第一方面提出的尿素管路压力控制方法相同的有益效果，在此不再赘述。
在本发明的一些实施例中，所述发动机还包括PID控制器和前馈控制器，所述PID控制器分别与所述ECU和所述前馈控制器电连接，所述前馈控制器与所述后处理尿素喷射系统电连接。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的尿素管路压力控制方法的流程示意图；
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的尿素管路压力控制方法的标定测试的流程示意图；
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1和图2所示，本发明的第一方面提出了一种尿素管路压力控制方法，用于控制车辆的后处理尿素喷射系统中尿素泵与尿素喷嘴之间的尿素管路的压力，包括以下步骤：
获取尿素喷嘴的需求尿素喷射量和尿素管路的当前压力；
根据需求尿素喷射量和当前压力查询关系表，关系表根据后处理尿素喷射系统的标定测试获得；
根据查询关系表的结果对尿素泵的占空比进行前馈控制，使得尿素管路的压力达到预设压力值。
其中，需求尿素喷射量可由后处理系统模型计算获得，后处理系统模型根据上游NOx浓度和催化剂化学反应模型和氨存储模型计算需求的尿素喷射量，其原理是基于化学反应方程、能量守恒方程以及质量守恒方程等一系列方程，输入气体浓度参数获得需求尿素喷射量等数据。
本发明提出的尿素管路压力控制方法通过后处理系统模型计算的需求尿素喷射量，再根据尿素管路内的当前压力查询关系表作为压力控制的前馈输入，控制尿素泵的空占比，实现尿素喷射系统的管路压力稳定控制。其中关系表由后处理尿素喷射系统的标定测试获得，在测试中测试并记录恒定尿素管路压力下尿素喷射量与占空比的关系，根据测试结果建立关系表，输入车辆控制系统供车辆行驶中尿素管路压力波动较大时查表以控制尿素泵占空比，进而维持尿素管路压力稳定。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，标定测试包括以下步骤：
控制尿素泵和尿素喷嘴按预设工况运行；
获取尿素泵的占空比、尿素喷嘴的尿素喷射量以及尿素管路的管路压力；
根据占空比、尿素喷射量和管路压力建立管路压力为设定压力值的条件下尿素喷射量与占空比之间的关系表。
可以理解的是，标定测试可以是台架实验，可根据实际控制需要，控制尿素喷嘴的尿素喷射量在允许范围内变化，并且控制尿素泵的占空比以维持尿素管路的管路压力为恒定值，实验期间记录尿素喷射量和占空比的关系，由此建立管路压力为设定压力值的条件下尿素喷射量与占空比之间的关系表。
上述步骤避免了根据经验进行标定，减小了标定工作量和标定难度，增加控制系统的适应性。
具体地，控制尿素泵和尿素喷嘴以预设工况运行包括：
控制尿素泵建压，使尿素管路的管路压力达到设定压力值，记录设定压力值；
控制尿素喷嘴的尿素喷射量为最小尿素喷射量，记录尿素喷射量；
控制尿素泵的占空比，使尿素管路的管路压力达到设定压力值，记录占空比；
控制尿素喷嘴增加尿素喷射量；
执行控制尿素泵的占空比，使尿素管路的管路压力达到设定压力值，直至尿素喷嘴的尿素喷射量达到最大尿素喷射量。
需要说明的是，最小尿素喷射量和最大尿素喷射量根据尿素喷嘴的尿素喷射量范围确定。
在本发明的一些实施例中，获取尿素喷嘴的需求尿素喷射量和尿素管路的当前压力包括：
建立后处理系统模型，后处理系统模型为选择性催化转化装置(selectivelycatalytic reduction，SCR)模型，根据装置的规格和配置进行参数化建模，该模型输入进入SCR的气体参数即可获得尿素喷射量等数据；
根据后处理系统模型获得需求尿素喷射量；
接收尿素管路压力传感器的当前压力信号。
具体地，根据后处理系统模型获得需求尿素喷射量包括：
建立催化剂化学反应模型和氨存储模型；
接收NOx浓度传感器的上游NOx浓度信号；
根据上游NOx浓度信号、催化剂化学反应模型以及氨存储模型获得需求尿素喷射量。
本发明的第二方面提出了一种发动机，用于执行如本发明第一方面提出的尿素管路压力控制方法，包括：
ECU和后处理尿素喷射系统，后处理尿素喷射系统和与ECU电连接。
后处理尿素喷射系统优选为选择性催化转化装置(selectively catalyticreduction，SCR)，是目前常用的一种车辆尾气处理设备，SCR设置有尿素喷嘴，当车辆的尾气流经SCR内部时，尿素喷嘴按一定的尿素喷射量向尾气喷射尿素，使得尿素挥发出的氨气和尾气中的氮氧化合物(一般可以用化学式NOx表示)发生反应，得到无害的氮气和水，从而降低处理后的尾气中氮氧化物的含量。
本发明的尿素管路压力控制方法具体实施流程如下：
首先进行标定测试，将发动机的后处理系统放上测试台架，首先控制尿素泵建压，使尿素管路的管路压力达到设定压力值，控制尿素喷嘴的尿素喷射阀喷射恒定的尿素喷射量，此时管路压力会变化，控制尿素泵的占空比使管路压力维持在设定压力值附近，记录当前尿素喷射量对应的尿素泵占空比。
本标定测试开始时的尿素喷射量为尿素喷嘴的最小尿素喷射量，完成上述记录后，增大尿素喷射量，重复占空比调压以及即时的尿素喷射量和占空比记录，直至尿素喷嘴达到最大尿素喷射量。
完成从最小尿素喷射量到最大尿素喷射量对应尿素泵占空比的记录后，将该设定压力值下尿素喷射量和尿素泵占空比的关系建立成关系表，输入车辆控制系统，完成标定测试。
车辆行驶时根据实际排放情况调整尿素喷射量，当尿素喷射量过大时尿素管路内的压力会出现波动过大，调整尿素喷射量时车辆控制系统根据浓度传感器获得的上游NOx浓度和催化剂化学反应模型以及氨存储模型计算出需求尿素喷射量，催化剂化学反应模型以及氨存储模型均可由上述SCR的SCR模型获得，具体的计算方法可以参考相关的现有技术，此处不做限定，然后根据尿素管路的压力传感器获得管路压力信号，当管路压力信号偏离设定压力值时，通过需求尿素喷射量查关系表，获得对应的尿素泵占空比，前馈控制尿素泵的占空比，进而使尿素管路的压力调整到设定压力值附近，维持尿素管路压力稳定。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种尿素管路压力控制方法，用于控制车辆的后处理尿素喷射系统中尿素泵与尿素喷嘴之间的尿素管路的压力，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述尿素喷嘴的需求尿素喷射量和所述尿素管路的当前压力；
根据所述需求尿素喷射量和所述当前压力查询关系表，所述关系表根据所述后处理尿素喷射系统的标定测试获得；
根据查询所述关系表的结果对所述尿素泵的占空比进行前馈控制，使得所述尿素管路的压力达到预设压力值；
其中，所述关系表为管路压力为设定压力值的条件下所述尿素喷射量与所述占空比之间的对应关系表；
根据所述需求尿素喷射量和所述当前压力查询关系表具体表现为：当管路压力信号偏离设定值时，通过需求尿素喷射量查关系表，获得对应的尿素占空比。
2.根据权利要求1所述的尿素管路压力控制方法，其特征在于，所述标定测试包括以下步骤：
控制所述尿素泵和所述尿素喷嘴按预设工况运行；
获取所述尿素泵的占空比、所述尿素喷嘴的尿素喷射量以及所述尿素管路的管路压力；
根据所述占空比、所述尿素喷射量和所述管路压力建立所述管路压力为设定压力值的条件下所述尿素喷射量与所述占空比之间的所述关系表。
3.根据权利要求2所述的尿素管路压力控制方法，其特征在于，所述控制所述尿素泵和所述尿素喷嘴按预设工况运行包括：
控制所述尿素泵建压，使所述尿素管路的管路压力达到设定压力值，记录所述设定压力值；
控制所述尿素喷嘴的尿素喷射量为最小尿素喷射量，记录所述尿素喷射量；
控制所述尿素泵的占空比，使所述尿素管路的管路压力达到所述设定压力值，记录所述占空比；
控制所述尿素喷嘴增加尿素喷射量；
执行所述控制所述尿素泵的占空比，使所述尿素管路的管路压力达到设定压力值，直至所述尿素喷嘴的尿素喷射量达到最大尿素喷射量。
4.根据权利要求1所述的尿素管路压力控制方法，其特征在于，所述获取所述尿素喷嘴的需求尿素喷射量和所述尿素管路的当前压力包括：
建立后处理系统模型；
根据所述后处理系统模型获得需求尿素喷射量；
接收尿素管路压力传感器的当前压力信号。
5.根据权利要求4所述的尿素管路压力控制方法，其特征在于，所述根据后处理系统模型获得需求尿素喷射量包括：
建立催化剂化学反应模型和氨存储模型；
接收NOx浓度传感器的上游NOx浓度信号；
根据所述上游NOx浓度信号、所述催化剂化学反应模型以及所述氨存储模型获得所述需求尿素喷射量。
6.一种发动机，用于执行如权利要求1至5任一项所述的尿素管路压力控制方法，其特征在于，包括：
ECU和后处理尿素喷射系统，所述后处理尿素喷射系统和与所述ECU电连接。
7.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括PID控制器和前馈控制器，所述PID控制器分别与所述ECU和所述前馈控制器电连接，所述前馈控制器与所述后处理尿素喷射系统电连接。
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