CN114991920B - 一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统 - Google Patents

一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114991920B
CN114991920B CN202210564139.3A CN202210564139A CN114991920B CN 114991920 B CN114991920 B CN 114991920B CN 202210564139 A CN202210564139 A CN 202210564139A CN 114991920 B CN114991920 B CN 114991920B
Authority
CN
China
Prior art keywords
network
circuit
diesel engine
training
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210564139.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114991920A (zh
Inventor
田亮亮
何金磊
张永全
宋静
曾冲
王小登
欧汉文
蔡正蓬
杜西亮
程正富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Chongqing University of Arts and Sciences
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Chongqing University of Arts and Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS, Chongqing University of Arts and Sciences filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN202210564139.3A priority Critical patent/CN114991920B/zh
Publication of CN114991920A publication Critical patent/CN114991920A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114991920B publication Critical patent/CN114991920B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/08—Learning methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Abstract

本发明提供一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，包括检测装置（10）与处理装置（20），检测装置（10）设置在柴油机汽车的排气管上，包括氮氧检测传感器（11）、中控模块（12）、温控电路（13）、计时模块（14）、氮氧化物浓度电势检测电路（15）、温度补偿电路（16）及输出电路（17）；处理装置（20）包括响应模块（21）、储存囊（22）与喷射装置（23）。该处理系统能实时进行柴油机汽车的尾气浓度监测，响应迅速、实时性强，检测精度高、稳定性好；同时，该处理系统能够实时对尾气中氮氧化物进行处理，有效减少污染物的排放、避免尾气对大气环境或人体身体健康产生损伤。

Description

一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统。
背景技术
随着生活水平的日渐提高，汽车的使用越来越普及，大气污染的问题也越来越突出。汽车污染成为大气污染的主要来源之一，其直接影响人们的健康生活、破坏自然生态环境，同时也制约着汽车的有效发展。与汽油车相比，柴油车具有良好动力性、经济性以及热效率高的优点；因此，柴油机在各种动力装置与车辆上得到广泛运用。
柴油机的尾气排放污染物主要为颗粒物质PM与氮氧化物NOx，其中，在柴油机排出的氮氧化物NOx中，NO约占90％、NO2占很少的一部分，NO无色无味、毒性不大，但在高浓度时能导致神经中枢的瘫痪与痉挛且NO排入大气后会逐步氧化成具有刺激性其为、毒性较强的NO2，NO2会对人体的呼吸道与肺部造成损害、甚至导致肺气肿。同时，柴油机尾气排放时产生的氮氧化物NOx能与HC在太阳光作用下生成刺激人体眼镜与上呼吸道粘膜的光化学烟雾；此外，氮氧化物NOx还会增加臭氧浓度(臭氧会导致温室效应、破坏植物生长)，并对各种纤维、橡胶、塑料与电子材料等造成不良影响。
因此，如何实时、精确的监测柴油机汽车使用过程中尾气的氮氧化物NOx的排放浓度，从而进行有效的干预及处理，达到节能减排、保护环境的目的，是目前柴油机汽车研发与促进发展的难题之一。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，该处理系统能够实时进行柴油机汽车的尾气浓度监测，其响应迅速、实时性强，检测精度高、稳定性好；同时，该处理系统能够实时对尾气中氮氧化物NOx进行处理，从而有效减少污染物的排放、避免尾气对大气环境与人体身体健康产生损伤。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：包括检测装置与处理装置，所述检测装置设置在柴油机汽车的排气管上，包括氮氧检测传感器、中控模块、温控电路、计时模块、氮氧化物浓度电势检测电路、温度补偿电路及输出电路；所述氮氧检测传感器与温控电路、氮氧化物浓度电势检测电路、温度补偿电路电连接，所述温控电路与计时模块电连接，所述计时模块、氮氧化物浓度电势检测电路、温度补偿电路与中控模块电连接，且氮氧化物浓度电势检测电路、温度补偿电路通过ADC转换接口中控模块连接，所述中控模块通过DAC转换接口与输出电路连接，所述中控模块采用BP神经网络算法将采集的数字信号转化为尾气浓度信号、实现对尾气气体浓度的监测，包括数据预处理、构建网络、训练网络数据与网络检测；所述处理装置设置在汽车净化的闭环控制系统中，包括响应模块、储存囊与喷射装置，所述响应模块分别与输出电路、喷射装置电连接，且喷射装置与储存囊连通。
作为进一步优选方案，所述喷射装置包括连通管、电磁阀与喷射头，所述连通管一端与储存囊连通、另一端与喷射头连通且连通管上设置电磁阀，所述电磁阀与响应模块电连接，所述喷射头远离连通管的一端端部位于柴油机汽车的排气管内且喷射头与响应模块电连接。
作为进一步优选方案，所述储存囊内设置尿素水溶液。
作为进一步优选方案，所述数据预处理为预先进行标定实验，其具体为：在模拟尾气环境下，控制尾气气体浓度变化，使得氮氧检测传感器由最小值Vmin到最大值Vmax进行变化，即Vmin，V1，V2，……，Vmax，其中Vmin～Vmax、一共n个值；
重复进行上述浓度变化过程m次，并且在变化过程中通过微控制器实时采集氮氧化物浓度电势检测电路输出的模拟信号、记录依次对应的数字序列Xi、其中i∈(0,n×m-1)，构成向量X；在同时刻使用专门的浓度检测装置记录尾气气体浓度值，构成数字序列Yi、其中i∈(0,n×m-1)，构成向量Y；然后，计算获得向量X与Y中的最值，分别记为Xmin、Xmax、Ymin、Ymax；再使用归一法将数据映射到0～1的范围内，从而加快梯度下降时的求解速度与提高模型的训练精度，具体为：
Figure BDA0003657605070000031
式中，Ti值取向量X、向量Y的值，通过上述公式分别将这两组向量作归一化映射；
最后将向量X与Y构成一组2行、N×M-1列的向量、即(X,Y)，并将其分成训练样本与测试样本，完成数据预处理；
所述构建网络具体为：采用5层神经网络拓补结构，即输入层、第一隐藏层、第二隐藏层、第三隐藏层与输出层；从第一隐藏层开始，对应网络层连接系数向量为：W1、W2、W3、W4，网络层神经元阈值系数向量为：B1、B2、B3、B4，神经元输出向量为：Z1、Z2、Z3、Z4；
网络层与网络层之间采用F(x)作为激活函数，其中，
Figure BDA0003657605070000032
激活函数F(x)能够将每一层输入向量进行非线性的映射，使得网络层与网络层之间的数据为非线性关系，从而使网络模型具有非线性映射的能力、实现拟合复杂函数关系的目的，进而确保氮氧检测传感器输出信号与尾气浓度转换之间的精确性、避免出现不可控误差；
所述训练网络数据具体为：
首先根据网络模型，完成正向传播算法，从第一隐藏层开始，每一层的输出具体为：
Z1＝F(X*W1+B1)；
Z2＝F(Z1*W2+B2)；
Z3＝F(Z2*W3+B3)；
Z4＝F(Z3*W4+B4)；
得到神经网络的预测输出结果向量Z4；
然后采用均方误差优化网络参数，从而使得误差最小且最为优化，均方误差函数具体为：
Figure BDA0003657605070000041
神经网络算法基于梯度下降策略，以优化函数的负梯度方向进行网络参数的调整，选取神经网络中的任意一个参数v，获得其修正参数v’，具体为：
Figure BDA0003657605070000042
式中，u表示修正函数的强度；
训练网络数据中预设训练次数为K次，且预设均方差函数阈值L’；
在训练过程中，修正一次网络参数、便进行一次训练网络数据中的正向传播算法，然后计算均方误差的值是否满足预设阈值，若满足，保存网络中的参数、且退出循环；若不满足，则继续训练、直到达到相应的训练次数；
所述网络检测为：利用训练完成的网络参数及氮氧检测传感器检测到的数字信号，利用构建网络中的正向传播算法完成对汽车尾气浓度的检测。
作为进一步优选方案，所述温控电路包括单片机(STM32H7系列)、双向可控硅(BTA08)、加热丝与光电双向可控硅驱动器(MOC3063)，所述单片机内部设置定时器、定时器的输出比较模式产生频率、占空比可变的脉冲波信号，即PWM信号，这个信号能够控制由双向可控硅构成的开关驱动电路、实现加热丝功率的调节；所述双向可控硅(BTA08)与加热丝串接在交流回路中、用于控制加热回路的导通与截止，所述光电双向可控硅驱动器(MOC3063)用于接收PWM信号，并运用PID控制模块中PID控制算法将检测到的温度控制在(750±3)℃。
作为进一步优选方案，所述PID控制算法具体为：
Figure BDA0003657605070000051
式中，p(t)为PID控制反馈量；Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，它们的系数值均按照PID控制模块的整定方法得到；
PID控制算法将偏差信号通过比例、积分、微分的线性组合后的数字信号作用到单片机内部产生的PWM信号的占空比上，实现加热功率进行控制；其中，所述偏差信号为设定的温度值与实际的温度值的差值信号。
作为进一步优选方案，所述检测装置还包括恒流输出电路，所述恒流输出电路包括运算放大器与三极管，其用于提高电路抗干扰能力、获得0～10mA的恒流输出。
作为进一步优选方案，所述氮氧化物浓度电势检测电路采用放大器对氮氧检测传感器输出信号进行放大，从而有效避免高频电磁噪声对中控模块检测电路的影响。
作为进一步优选方案，所述温度补偿电路包括热电偶与温度传感器集成芯片。
作为进一步优选方案，所述数据预处理中采用向量(X,Y)中的80％数据作为训练样本、20％数据作为测试样本。
作为进一步优选方案，所述构建网络中输入层、第一隐藏层、第二隐藏层、第三隐藏层与输出层的神经元个数分别为1、20、20、10、1。
作为进一步优选方案，所述训练网络数据中u取0.01。
作为进一步优选方案，所述训练网络数据中L'≤0.01。
本发明具有如下技术效果：
本申请通过各个装置的协同配合，能够实时、有效的检测出柴油机汽车排气管内尾气排放的氮氧化物浓度，同时对尾气中的氮氧化物进行处理，从而降低尾气中氮氧化物对于大气环境的污染、有效减少尾气对于人体身体健康的损害。通过检测装置各模块(即氮氧检测传感器、中控模块、温控电路、计时模块、氮氧化物浓度电势检测电路、温度补偿电路、输出电路)的协同配合，能够有效控制氮氧检测传感器的工作温度、使其保持恒温工作，从而避免温度变化对于氮氧检测传感器检测精度的影响；同时，通过检测装置各模块的协同配合，能够准确检测出氮氧检测传感器输出的微弱电信号、避免氮氧检测传感器输出电信号与检测气体浓度之间的非线性函数关系的转换误差的干扰，从而保证检测的有效性、精确性、稳定性。通过处理装置各模块的协同配合，能够及时响应检测装置，从而将柴油机汽车排气管尾气中的氮氧化物还原成氮气、实现对氮氧化物的消除，达到节能减排、保护环境的目的。
本申请处理系统结构简便、安装方便，响应程度快、精确性高、实用性强，能够广泛用于各种柴油机汽车的尾气检测与尾气中氮氧化物的处理，从而促进柴油机汽车的发展。
附图说明
图1为本申请实施例中处理系统中检测装置的结构框图。
图2为本申请实施例中处理系统中处理装置的结构示意图。
图3为本申请实施例中检测系统的温控电路图。
图4为本申请实施例中氮氧化物浓度电势检测电路图。
图5为本申请实施例中温度补偿电路图。
图6为本申请实施例中恒流输出电路图。
图7为本申请实施例中检测系统的构建网络中网络结构示意图。
其中，10、检测装置；11、氮氧检测传感器；12、中控模块；13、温控电路；14、计时模块；15、氮氧化物浓度电势检测电路；16、温度补偿电路；17、输出电路；20、处理装置；21、响应模块；22、储存囊；23、喷射装置；231、连通管；232、电磁阀；233、喷射头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1～7所示，一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：包括检测装置10与处理装置20，检测装置10设置在柴油机汽车的排气管上，包括氮氧检测传感器11、中控模块12、温控电路13、计时模块14、氮氧化物浓度电势检测电路15、温度补偿电路16及输出电路17；氮氧检测传感器11与温控电路13、氮氧化物浓度电势检测电路15、温度补偿电路16电连接，温控电路13与计时模块14电连接，计时模块14、氮氧化物浓度电势检测电路15、温度补偿电路16与中控模块12电连接，且氮氧化物浓度电势检测电路15、温度补偿电路16通过ADC转换接口(如图1所示16位ADC转换接口)中控模块12连接，中控模块12通过DAC转换接口(如图1所示12位DAC转换接口)与输出电路17连接；
温控电路13包括单片机(STM32H7系列、例如STM32H7VGT6)、双向可控硅(BTA08)、加热丝(采用镍铬电热合金)与光电双向可控硅驱动器(MOC3063)(如图3所示)，单片机内部设置定时器、定时器的输出比较模式产生频率、占空比可变的脉冲波信号，即PWM信号，这个信号能够控制由双向可控硅构成的开关驱动电路、实现加热丝功率的调节；双向可控硅(BTA08)与加热丝串接在交流回路中、用于控制加热回路的导通与截止，光电双向可控硅驱动器(MOC3063)用于接收PWM信号，并运用PID控制模块中PID控制算法将检测到的温度控制在(750±3)℃。
PID控制算法具体为：
Figure BDA0003657605070000071
式中，p(t)为PID控制反馈量；Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，它们的系数值均按照PID控制模块的整定方法得到；
PID控制算法将偏差信号通过比例、积分、微分的线性组合后的数字信号作用到单片机内部产生的PWM信号的占空比上，实现加热功率进行控制；其中，偏差信号为设定的温度值与实际的温度值的差值信号。
氮氧化物浓度电势检测电路15采用放大器(AD603)对氮氧检测传感器11输出信号进行放大，从而有效避免高频电磁噪声对中控模块12检测电路的影响；同时氮氧化物浓度电势检测电路15中采用阻值为4.7k、1M的两个电阻以及多个电容器(如图4所示)
温度补偿电路16包括热电偶(采用K型热电偶)与温度传感器集成芯片(AD8495)，如图5所示，同时，温度补偿电路16还设置阻值为20k、22k、200k、4.9k的四个基准电阻。
检测装置10还包括恒流输出电路，如图5所示，恒流输出电路包括运算放大器(LM324)与三极管(9013)、及组织分别为1k的两个电阻，其用于提高电路抗干扰能力、获得0～10mA的恒流输出。
中控模块12采用BP神经网络算法将采集的数字信号转化为尾气浓度信号、实现对尾气气体浓度的监测，包括数据预处理、构建网络、训练网络数据与网络检测；
数据预处理为预先进行标定实验，其具体为：在模拟尾气环境下，控制尾气气体浓度变化，使得氮氧检测传感器11由最小值Vmin到最大值Vmax进行变化，即Vmin，V1，V2，……，Vmax，其中Vmin～Vmax、一共n个值；
重复进行上述浓度变化过程m次，并且在变化过程中通过微控制器实时采集氮氧化物浓度电势检测电路15输出的模拟信号、记录依次对应的数字序列Xi、其中i∈(0,n×m-1)，构成向量X；在同时刻使用专门的浓度检测装置记录尾气气体浓度值，构成数字序列Yi、其中i∈(0,n×m-1)，构成向量Y；然后，计算获得向量X与Y中的最值，分别记为Xmin、Xmax、Ymin、Ymax；再使用归一法将数据映射到0～1的范围内，从而加快梯度下降时的求解速度与提高模型的训练精度，具体为：
Figure BDA0003657605070000091
式中，Ti值取向量X、向量Y的值，通过上述公式分别将这两组向量作归一化映射；
最后将向量X与Y构成一组2行、N×M-1列的向量、即(X,Y)，并将其分成训练样本与测试样本，其中80％数据作为训练样本、20％数据作为测试样本，完成数据预处理；
构建网络具体为：采用5层神经网络拓补结构，即输入层、第一隐藏层、第二隐藏层、第三隐藏层与输出层,它们的神经元个数分别为1、20、20、10、1；从第一隐藏层开始，对应网络层连接系数向量为：W1、W2、W3、W4，网络层神经元阈值系数向量为：B1、B2、B3、B4，神经元输出向量为：Z1、Z2、Z3、Z4；
网络层与网络层之间采用F(x)作为激活函数，其中，
Figure BDA0003657605070000092
激活函数F(x)能够将每一层输入向量进行非线性的映射，使得网络层与网络层之间的数据为非线性关系，从而使网络模型具有非线性映射的能力、实现拟合复杂函数关系的目的，进而确保氮氧检测传感器11输出信号与尾气浓度转换之间的精确性、避免出现不可控误差；
训练网络数据具体为：
首先根据网络模型，完成正向传播算法，从第一隐藏层开始，每一层的输出具体为：
Z1＝F(X*W1+B1)；
Z2＝F(Z1*W2+B2)；
Z3＝F(Z2*W3+B3)；
Z4＝F(Z3*W4+B4)；
得到神经网络的预测输出结果向量Z4；
然后采用均方误差优化网络参数，从而使得误差最小且最为优化，均方误差函数具体为：
Figure BDA0003657605070000101
神经网络算法基于梯度下降策略，以优化函数的负梯度方向进行网络参数的调整，选取神经网络中的任意一个参数v，获得其修正参数v’，具体为：
Figure BDA0003657605070000102
式中，u表示修正函数的强度，u取0.01；
训练网络数据中预设训练次数为K次，且预设均方差函数阈值L’、L'≤0.01；
在训练过程中，修正一次网络参数、便进行一次训练网络数据中的正向传播算法，然后计算均方误差的值是否满足预设阈值，若满足，保存网络中的参数、且退出循环；若不满足，则继续训练、直到达到相应的训练次数；
网络检测为：利用训练完成的网络参数及氮氧检测传感器11检测到的数字信号，利用构建网络中的正向传播算法完成对汽车尾气浓度的检测。
处理装置20设置在汽车净化的闭环控制系统中，包括响应模块21、储存囊22与喷射装置23，响应模块21分别与输出电路17、喷射装置23电连接，且喷射装置23与储存囊22连通。喷射装置23包括连通管231、电磁阀232与喷射头233，连通管231一端与储存囊22连通、另一端与喷射头233连通且连通管231上设置电磁阀232，电磁阀232与响应模块21电连接，喷射头233远离连通管231的一端端部位于柴油机汽车的排气管内且喷射头233与响应模块21电连接；储存囊22内设置尿素水溶液。
响应模块也可采用单片机，其内设氮氧化物浓度阈值，当输出电路17输出的氮氧化物浓度值超过氮氧化物浓度阈值后，响应模块21启动电磁阀232、并调节电磁阀232卡杜开度(通过实际检测到的氮氧化物浓度值超出氮氧化物浓度阈值的范围、实现电磁阀232对应开度的调节，本领域技术人员能够理解)，及启动喷射头233上的喷雾泵，从而将储存囊22中的尿素水溶液喷射到柴油机汽车的排气管内，尿素水溶液在排气管的高温作用下分解后将氮氧化物还原成氮气、并通过排气管排出，从而实现氮氧化物的消除、减小汽车尾气中氮氧化物对于环境的污染与人体身体健康的伤害。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：包括检测装置(10)与处理装置(20)，所述检测装置(10)设置在柴油机汽车的排气管上，包括氮氧检测传感器(11)、中控模块(12)、温控电路(13)、计时模块(14)、氮氧化物浓度电势检测电路(15)、温度补偿电路(16)及输出电路(17)；所述氮氧检测传感器(11)与温控电路(13)、氮氧化物浓度电势检测电路(15)、温度补偿电路(16)电连接，所述温控电路(13)与计时模块(14)电连接，所述计时模块(14)、氮氧化物浓度电势检测电路(15)、温度补偿电路(16)与中控模块(12)电连接，且氮氧化物浓度电势检测电路(15)、温度补偿电路(16)通过ADC转换接口中控模块(12)连接，所述中控模块(12)通过DAC转换接口与输出电路(17)连接，所述中控模块(12)采用BP神经网络算法将采集的数字信号转化为尾气浓度信号、实现对尾气气体浓度的监测，包括数据预处理、构建网络、训练网络数据与网络检测；所述处理装置(20)设置在汽车净化的闭环控制系统中，包括响应模块(21)、储存囊(22)与喷射装置(23)，所述响应模块(21)分别与输出电路(17)、喷射装置(23)电连接，且喷射装置(23)与储存囊(22)连通；
所述喷射装置(23)包括连通管(231)、电磁阀(232)与喷射头(233)，所述连通管(231)一端与储存囊(22)连通、另一端与喷射头(233)连通且连通管(231)上设置电磁阀(232)，所述电磁阀(232)与响应模块(21)电连接，所述喷射头(233)远离连通管(231)的一端端部位于柴油机汽车的排气管内且喷射头(233)与响应模块(21)电连接；
所述数据预处理为预先进行标定实验，其具体为：在模拟尾气环境下，控制尾气气体浓度变化，使得氮氧检测传感器(11)由最小值Vmin到最大值Vmax进行变化，即Vmin，V1，V2，……，Vmax，其中Vmin～Vmax、一共n个值；
重复进行上述浓度变化过程m次，并且在变化过程中通过微控制器实时采集氮氧化物浓度电势检测电路(15)输出的模拟信号、记录依次对应的数字序列Xi、其中i∈(0,n×m-1)，构成向量X；在同时刻使用专门的浓度检测装置记录尾气气体浓度值，构成数字序列Yi、其中i∈(0,n×m-1)，构成向量Y；然后，计算获得向量X与Y中的最值，分别记为Xmin、Xmax、Ymin、Ymax；再使用归一法将数据映射到0～1的范围内，从而加快梯度下降时的求解速度与提高模型的训练精度，具体为：
Figure FDA0004234841000000021
式中，Ti值取向量X、向量Y的值，通过上述公式分别将这两组向量作归一化映射；
最后将向量X与Y构成一组2行、N×M-1列的向量、即(X,Y)，并将其分成训练样本与测试样本，完成数据预处理；
所述构建网络具体为：采用5层神经网络拓补结构，即输入层、第一隐藏层、第二隐藏层、第三隐藏层与输出层；从第一隐藏层开始，对应网络层连接系数向量为：W1、W2、W3、W4，网络层神经元阈值系数向量为：B1、B2、B3、B4，神经元输出向量为：Z1、Z2、Z3、Z4；
网络层与网络层之间采用F(x)作为激活函数，其中，
Figure FDA0004234841000000022
所述训练网络数据具体为：
首先根据网络模型，完成正向传播算法，从第一隐藏层开始，每一层的输出具体为：
Z1＝F(X*W1+B1)；
Z2＝F(Z1*W2+B2)；
Z3＝F(Z2*W3+B3)；
Z4＝F(Z3*W4+B4)；
得到神经网络的预测输出结果向量Z4；
然后采用均方误差优化网络参数，从而使得误差最小且最为优化，均方误差函数具体为：
Figure FDA0004234841000000031
神经网络算法基于梯度下降策略，以优化函数的负梯度方向进行网络参数的调整，选取神经网络中的任意一个参数v，获得其修正参数v’，具体为：
Figure FDA0004234841000000032
式中，u表示修正函数的强度；
训练网络数据中预设训练次数为K次，且预设均方差函数阈值L’；
在训练过程中，修正一次网络参数、便进行一次训练网络数据中的正向传播算法，然后计算均方误差的值是否满足预设阈值，若满足，保存网络中的参数、且退出循环；若不满足，则继续训练、直到达到相应的训练次数；
所述网络检测为：利用训练完成的网络参数及氮氧检测传感器(11)检测到的数字信号，利用构建网络中的正向传播算法完成对汽车尾气浓度的检测。
2.根据权利要求1所述的一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：所述温控电路(13)包括单片机、双向可控硅、加热丝与光电双向可控硅驱动器，所述单片机内部设置定时器、定时器的输出比较模式产生频率、占空比可变的脉冲波信号；所述双向可控硅与加热丝串接在交流回路中，所述光电双向可控硅驱动器用于接收PWM信号，并运用PID控制模块中PID控制算法将检测到的温度控制在(750±3)℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：所述检测装置(10)还包括恒流输出电路，所述恒流输出电路包括运算放大器与三极管，其用于提高电路抗干扰能力、获得0～10mA的恒流输出。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：所述氮氧化物浓度电势检测电路(15)采用放大器对氮氧检测传感器(11)输出信号进行放大。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：所述温度补偿电路(16)包括热电偶与温度传感器集成芯片。
6.根据权利要求1所述的一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：所述数据预处理中采用向量(X,Y)中的80％数据作为训练样本、20％数据作为测试样本。
7.根据权利要求1所述的一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统，其特征在于：所述构建网络中输入层、第一隐藏层、第二隐藏层、第三隐藏层与输出层的神经元个数分别为1、20、20、10、1。
CN202210564139.3A 2022-05-23 2022-05-23 一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统 Active CN114991920B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210564139.3A CN114991920B (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210564139.3A CN114991920B (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114991920A CN114991920A (zh) 2022-09-02
CN114991920B true CN114991920B (zh) 2023-06-20

Family

ID=83027206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210564139.3A Active CN114991920B (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114991920B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10252451A (ja) * 1997-03-14 1998-09-22 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の触媒劣化検出装置及び空燃比制御装置
JPH11218516A (ja) * 1997-11-26 1999-08-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 窒素酸化物吸蔵触媒の機能状態検出方法及び装置
JPH11304758A (ja) * 1998-02-20 1999-11-05 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ用制御回路ユニット及びそれを用いたガスセンサシステム
JP2007100508A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Bosch Corp 内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化方法
JP2008002349A (ja) * 2006-06-22 2008-01-10 Denso Corp 排気浄化装置の温度検出装置
JP2012007593A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Honda Motor Co Ltd プラントの制御装置
DE102011009179A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-26 Huber Fahrzeugtechnik Verarbeitungssystem für eine Abgasnachbehandlungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage
CN205532804U (zh) * 2016-01-07 2016-08-31 浙江大学 Scr反应器的尿素控制系统
WO2020176914A1 (de) * 2019-03-01 2020-09-10 Avl List Gmbh Verfahren und system zur steuerung und/oder regelung mindestens einer abgasnachbehandlungskomponente

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8161731B2 (en) * 2008-05-12 2012-04-24 Caterpillar Inc. Selective catalytic reduction using controlled catalytic deactivation
US8245502B2 (en) * 2009-06-16 2012-08-21 Ford Global Technologies, Llc Emission control system with an optimized reductant injection model
JP5465263B2 (ja) * 2011-02-04 2014-04-09 日本特殊陶業株式会社 ＮＯｘセンサ制御装置
JP5366988B2 (ja) * 2011-02-09 2013-12-11 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
CN102278222A (zh) * 2011-08-30 2011-12-14 潍柴动力股份有限公司 一种柴油机尾气后处理系统及方法
CN103266941B (zh) * 2013-04-25 2015-04-15 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 船用scr系统的控制方法
CN103822861A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 中国计量学院 一种基于模糊pid控制的柴油机尾气颗粒浓度检测装置
CN205001038U (zh) * 2015-10-10 2016-01-27 成都天地直方发动机有限公司 一种矿用柴油机车实时排放监测系统
CN105548262A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 华中科技大学 一种氮氧化物传感器控制系统
CN106870080A (zh) * 2017-01-23 2017-06-20 哈尔滨工程大学 一种适用于船用柴油机SCR系统NH3、NOx浓度及所处温度的实时监测方法
JP2019196733A (ja) * 2018-05-09 2019-11-14 日本特殊陶業株式会社 浄化制御装置
JP6702380B2 (ja) * 2018-09-14 2020-06-03 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN110907597A (zh) * 2018-09-17 2020-03-24 上海鑫璞传感科技有限公司 基于附带氨气检测量补偿的氮氧化物测量系统及方法
CN109098825A (zh) * 2018-09-21 2018-12-28 南京蔚岚环境技术研究院有限公司 一种柴油车国六排放尾气净化系统控制器及其控制方法
CN109372616B (zh) * 2018-12-25 2024-04-05 长安大学 一种柴油机scr减排检测控制系统及控制方法
CN110433658B (zh) * 2019-07-09 2021-11-19 北京工业大学 一种柴油机多台架氮氧化物治理的方法及实现装置
CN110735699B (zh) * 2019-10-23 2020-08-28 华中科技大学 一种氮氧化物传感器控制器
CN113530644B (zh) * 2020-04-16 2022-12-09 北京福田康明斯发动机有限公司 柴油机自适应式氮氧化物控制方法及装置
CN111622831A (zh) * 2020-06-30 2020-09-04 昆山江锦机械有限公司 一种集中处理氮氧化物的独立式scr系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10252451A (ja) * 1997-03-14 1998-09-22 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の触媒劣化検出装置及び空燃比制御装置
JPH11218516A (ja) * 1997-11-26 1999-08-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 窒素酸化物吸蔵触媒の機能状態検出方法及び装置
JPH11304758A (ja) * 1998-02-20 1999-11-05 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ用制御回路ユニット及びそれを用いたガスセンサシステム
JP2007100508A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Bosch Corp 内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化方法
JP2008002349A (ja) * 2006-06-22 2008-01-10 Denso Corp 排気浄化装置の温度検出装置
JP2012007593A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Honda Motor Co Ltd プラントの制御装置
DE102011009179A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-26 Huber Fahrzeugtechnik Verarbeitungssystem für eine Abgasnachbehandlungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage
CN205532804U (zh) * 2016-01-07 2016-08-31 浙江大学 Scr反应器的尿素控制系统
WO2020176914A1 (de) * 2019-03-01 2020-09-10 Avl List Gmbh Verfahren und system zur steuerung und/oder regelung mindestens einer abgasnachbehandlungskomponente

Also Published As

Publication number Publication date
CN114991920A (zh) 2022-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120260634A1 (en) NOx CONTROL SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING NOx EMISSIONS
CN106837497A (zh) 基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法
CN106812577A (zh) Scr系统控制装置
CN108333923A (zh) 用于发动机组件的线性参数变化模型预测控制
CN109703548B (zh) 一种基于混合动力的汽车动力分配方法
CN114991920B (zh) 一种用于柴油机汽车尾气氮氧化物的处理系统
CN110263997A (zh) 一种基于深度神经网络的水泥生产线烟气NOx浓度预测方法
CN107387249B (zh) 一种用于大功率燃气发动机瞬态空燃比控制的方法
CN111980787B (zh) 发动机排气热管理方法及系统
CN110299188A (zh) 基于ga变量选择的scr烟气脱硝系统grnn建模方法
CN112240235A (zh) 一种scr的控制方法及装置
CN109634124A (zh) 一种洗车机毛刷运动的模糊控制方法
Lü et al. Model-based optimization of parameters for a diesel engine SCR system
CN110433658B (zh) 一种柴油机多台架氮氧化物治理的方法及实现装置
JP2002097930A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CN109878499B (zh) 混合动力车辆功率控制方法
AT522231B1 (de) Verfahren und System zur Steuerung und/oder Regelung mindestens einer Abgasnachbehandlungskomponente
CN113202605B (zh) 一种scr后处理系统氨泄漏量计算方法
DE102014224397B4 (de) Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor
CN114878639A (zh) 一种基于神经网络的汽车尾气浓度检测系统
CN101260838B (zh) 一种车用气体燃料发动机的宽域氧传感器控制器
CN104179555B (zh) 一种增压柴油机scr系统瞬态nh3泄漏控制系统及方法
Tripathi et al. Robust throttle control of hybrid electric vehicle
CN112041545B (zh) 用于控制还原剂的配量的方法和控制系统
CN113606022A (zh) 尿素管路压力控制方法、发动机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant