CN115013125B - 一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略 - Google Patents

一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及属机动车排放控制技术领域，一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略。本发明通过预喷射存储NH3于催化剂内，能够让NH3覆盖度短时间内上升至高位，后处理系统能够及时应对急加速工况时的高NOx高空速尾气，同时在非急加速工况时储氨可以作为部分反应物参与SCR反应，在NOx峰值排放实际发生的时刻，可以减少尿素的喷射量，降低了对还原剂供给系统最大喷射能力的需求，降低了尿素结晶风险，提高了NOx排放控制的鲁棒性。

Description

一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略
技术领域
本发明涉及一种高效降低车辆急加速工况下氮氧化物排放的还原剂喷射控制策略，属机动车排放控制技术领域。
背景技术
选择性催化还原(SCR，即Selective Catalytic Reduction)技术是一种用于消除发动机排气中氮氧化物(NOx)的技术，该技术利用还原剂水解产生的氨气(NH3)，并且在SCR催化器的作用下，NH3与NOx发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入不同的还原剂量，对NOx的排放量实现有效控制。
对于装备了柴油发动机的车辆，NOx是其首先需要控制的主要排放污染物，车辆处于急加速工况时，通常将导致发动机的NOx排放和废气质量流量迅速升高，此时SCR系统转化能力会由于空速的突增而显著下降，往往无法及时转化上游的高浓度NOx，导致NOx的泄露并造成空气污染。上述过程对于SCR系统的快速反应能力提出了挑战。。
发明内容
针对以上问题，本发明设计了一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，以实现急加速工况下SCR系统的快速反应能力，可有效降低急加速工况下的NOx排放风险，并且同时可降低还原剂供给系统对最大喷射能力的需求，减少大喷射量事件的发生频次，有效降低还原剂结晶风险。具体技术方案如下：
一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其实现方法包含如下步骤。
(1)ECU首先对发动机-后处理系统的工作状态进行判断是否需要触发还原剂预喷射控制策略；当发动机处于冷机状态、后处理系统处于非正常工作条件或存在相关故障时时，不会触发急加速工况下的还原剂预喷射控制动作。
(2)ECU进一步判断还原剂预喷射控制的监控温度条件是否满足，由于还原剂预喷射是通过提高储氨水平来提升催化剂的选择性催化转化能力，进而弥补SCR系统由于空速增加带来的效率下降，因此该策略实施有效性有赖于当前SCR系统的温度反应特性，温度不足则基础反应能力不足，预喷射带来的转换效率提升效果不明显并且容易引发还原剂结晶；温度过高则催化剂储氨能力过低，喷射的还原剂无法有效存储于载体而容易引发NH3泄露。
(3)当还原剂预喷射控制策略的实施条件满足后，功能将被触发，开始持续实时监控油门踏板开度变化率及油门开度值，通过比对油门踏板开度变化率与变化率标定限值(+20％/100ms)、油门踏板开度与油门开度标定限值(70％)判断车辆是否处于急加速工况。
(4)当油门踏板开度变化率大于变化率标定限值(+20％/100ms)且油门踏板开度大于油门开度标定限值(70％)时，认为车辆处于急加速状态，立刻触发急加速工况下的还原剂预喷射控制。
(5)确认状态为急加速状态后，则急加速状态时间计数器开始计时，当急加速状态退出后，时间计数器在一段时间后停止计时，并将此时计数器的累计时间作为预喷射补偿功能的运行持续时间上限；所述预喷射补偿功能在急加速状态退出后的持续时间，以油门踩下-喷油-燃烧-排气-还原剂喷嘴响应喷射需求一系列动作发生所需时间为基础，具体数值可通过排气质量流量及喷嘴在排气系统中的位置计算得到。
(6)预喷射补偿功能将会依据SCR催化剂载体温度，查找急加速工况下的目标覆盖度修正MAP，获得急加速工况下的目标覆盖度需求值；同时依据载体温度作为化学反应动力学模型的输入计算当前状态下的NH3最大吸附速率，进而确定可被充分吸收的还原剂喷射量极值。
(7)通过急加速工况下的目标覆盖度需求值与当前实际覆盖度之差计算得到的喷射量补偿量，如果这一喷射补偿量加上基础还原剂喷射量(通过化学反应动力学模型，以上游NOx浓度、载体温度为输入)大于还原剂喷射量极值，则最终的实际还原剂喷射量等于还原剂喷射量极值，如果喷射补偿量加上基础还原剂喷射量小于还原剂喷射量极值，则以喷射补偿量加上基础还原剂喷射量作为最终的实际还原剂喷射量。
(8)预喷射补偿功能持续时间以计数器停止计时的时间为限，当到达这一时间后，SCR系统即回到正常的目标覆盖度闭环控制模式，此时覆盖度控制目标值将通过原始的目标覆盖度MAP获得，实际喷射量将通过基础喷射量和闭环修正喷射量(由目标覆盖度查表值和实际覆盖度差值计算得到)计算得到。
本发明提供的控制策略通过对急加速工况的快速识别，触发SCR系统的预储氨操作而在短时间内提升催化剂的DeNOx能力，从而为即将到来的高NOx排放提前建立好快速反应基础，实现对急加速工况下NOx排放峰值的有效控制。
控制策略产生效果的理论基础是：通过增加NH3存储水平，可使得催化器活性位点上的NH3的数目增多，可增加活性NH3与NOx碰撞的概率，从而增加化学反应发生的水平，提升催化剂的催化转化能力，弥补SCR系统由于空速增加带来的效率下降。
与现有技术相比，本发明有益效果为：该种车辆急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，通过对油门踏板开度或其他信号的实时检测，第一时间识别出急加速工况，为应对即将到来的NOx排峰值争取更多的预控制时间。通过预喷射存储NH3于催化剂载体内，使得NH3覆盖度在短时间上升至高位，可以显著提升催化剂的DeNOx性能，同时由于储氨可作为部分反应物参与SCR反应，在NOx峰值排放实际发生的时刻，还原剂喷射量可以相应降低，可以降低对还原剂供给系统最大喷射能力的的需求，同时可减少大喷射量事件发生频次，降低还原剂结晶风险。
附图说明
图1本发明还原剂预喷射控制策略判断逻辑图；
图2本发明急加速工况下实际还原剂喷射量控制流程图；
图3本发明正常状态下实际还原剂喷射量控制流程图。
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。
一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其实现方法包含如下步骤。
(1)ECU首先对发动机-后处理系统的工作状态进行判断是否需要触发还原剂预喷射控制策略；当发动机处于冷机状态、后处理系统处于非正常工作条件或存在相关故障时时，不会触发急加速工况下的还原剂预喷射控制动作。
(2)ECU进一步判断还原剂预喷射控制的监控温度条件是否满足，由于还原剂预喷射是通过提高储氨水平来提升催化剂的选择性催化转化能力，进而弥补SCR系统由于空速增加带来的效率下降，因此该策略实施有效性有赖于当前SCR系统的温度反应特性，温度不足则基础反应能力不足，预喷射带来的转换效率提升效果不明显并且容易引发还原剂结晶；温度过高则催化剂储氨能力过低，喷射的还原剂无法有效存储于载体而容易引发NH3泄露。
(3)当还原剂预喷射控制策略的实施条件满足后，功能将被触发，开始持续实时监控油门踏板开度变化率及油门开度值，通过比对油门踏板开度变化率与变化率标定限值(+20％/100ms)、油门踏板开度与油门开度标定限值(70％)判断车辆是否处于急加速工况。
(4)当油门踏板开度变化率大于变化率标定限值(+20％/100ms)且油门踏板开度大于油门开度标定限值(70％)时，认为车辆处于急加速状态，立刻触发急加速工况下的还原剂预喷射控制。具体判断逻辑如图1所示。
(5)确认状态为急加速状态后，则急加速状态时间计数器开始计时，当急加速状态退出后，时间计数器在一段时间后停止计时，并将此时计数器的累计时间作为预喷射补偿功能的运行持续时间上限；所述预喷射补偿功能在急加速状态退出后的持续时间，以油门踩下-喷油-燃烧-排气-还原剂喷嘴响应喷射需求一系列动作发生所需时间为基础，具体数值可通过排气质量流量及喷嘴在排气系统中的位置计算得到。
(6)预喷射补偿功能将会依据SCR催化剂载体温度，查找急加速工况下的目标覆盖度修正MAP，获得急加速工况下的目标覆盖度需求值；同时依据载体温度作为化学反应动力学模型的输入计算当前状态下的NH3最大吸附速率，进而确定可被充分吸收的还原剂喷射量极值。
(7)通过急加速工况下的目标覆盖度需求值与当前实际覆盖度之差计算得到的喷射量补偿量，如果这一喷射补偿量加上基础还原剂喷射量(通过化学反应动力学模型，以上游NOx浓度、载体温度为输入)大于还原剂喷射量极值，则最终的实际还原剂喷射量等于还原剂喷射量极值，如果喷射补偿量加上基础还原剂喷射量小于还原剂喷射量极值，则以喷射补偿量加上基础还原剂喷射量作为最终的实际还原剂喷射量。具体流程如图2所示。
(8)预喷射补偿功能持续时间以计数器停止计时的时间为限，当到达这一时间后，SCR系统即回到正常的目标覆盖度闭环控制模式，此时覆盖度控制目标值将通过原始的目标覆盖度MAP获得，实际喷射量将通过基础喷射量和闭环修正喷射量(由目标覆盖度查表值和实际覆盖度差值计算得到)计算得到。具体流程如图3所示。
本发明通过预喷射存储NH3于催化剂内，能够让NH3覆盖度短时间内上升至高位，后处理系统能够及时应对急加速工况时的高NOx高空速尾气，同时在非急加速工况时储氨可以作为部分反应物参与SCR反应，在NOx峰值排放实际发生的时刻，可以减少尿素的喷射量，降低了对还原剂供给系统最大喷射能力的需求，降低了尿素结晶风险，提高了NOx排放控制的鲁棒性。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其特征在于：包括如下步骤：
(1)ECU对发动机-后处理系统的工作状态进行判断是否需要触发还原剂预喷射控制策略；
(2)ECU进一步判断还原剂预喷射控制的监控温度条件是否满足；
(3)当还原剂预喷射控制策略的实施条件满足后，触发功能，开始持续实时监控油门踏板开度变化率及油门开度值，比对油门踏板开度变化率与变化率标定限值、油门踏板开度与油门开度标定限值判断车辆是否处于急加速工况；
(4)当油门踏板开度变化率大于变化率标定限值且油门踏板开度大于油门开度标定限值时，认为车辆处于急加速状态，立刻触发急加速工况下的还原剂预喷射控制；
(5)确认当前状态为急加速状态后，则急加速状态时间计数器开始计时，当急加速状态退出后，时间计数器在一段时间后停止计时，并将此时计数器的累计时间作为预喷射补偿功能的运行持续时间上限；
(6)依据SCR催化剂载体温度，查找急加速工况下的目标覆盖度修正MAP，获得急加速工况下的目标覆盖度需求值；同时依据载体温度作为化学反应动力学模型的输入计算当前状态下的NH3最大吸附速率，进而确定可被充分吸收的还原剂喷射量极值；
(7)通过急加速工况下的目标覆盖度需求值与当前实际覆盖度之差计算得到的喷射量补偿量；如果这一喷射补偿量加上基础还原剂喷射量大于还原剂喷射量极值，则最终的实际还原剂喷射量等于还原剂喷射量极值，如果喷射补偿量加上基础还原剂喷射量小于还原剂喷射量极值，则以喷射补偿量加上基础还原剂喷射量作为最终的实际还原剂喷射量；
(8)预喷射补偿功能持续时间以计数器停止计时的时间为限，当到达这一时间后，SCR系统即回到正常的目标覆盖度闭环控制模式，此时覆盖度控制目标值将通过原始的目标覆盖度MAP获得，实际还原剂喷射量将通过基础喷射量和闭环修正喷射量计算得到。
2.根据权利要求1所述的一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其特征在于：所述步骤(1)中具体为：当发动机处于冷机状态、后处理系统处于非正常工作条件或存在相关故障时时，不会触发急加速工况下的还原剂预喷射控制。
3.根据权利要求1所述的一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其特征在于：所述步骤(4)中，变化率标定限值为+20％/100ms；油门开度标定限值为70％。
4.根据权利要求1所述的一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其特征在于：步骤(5)中的预喷射补偿功能在急加速状态退出后的持续时间，以油门踩下-喷油-燃烧-排气-还原剂喷嘴响应喷射需求一系列动作发生所需时间为基础，通过排气质量流量及喷嘴在排气系统中的位置计算得到。
5.根据权利要求1所述的一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其特征在于：所述步骤(7)中的基础还原剂喷射量为通过化学反应动力学模型，以上游NOx浓度、载体温度为输入计算得到。
6.根据权利要求1所述的一种急加速工况下的还原剂预喷射控制策略，其特征在于：所述步骤(8)中闭环修正喷射量由目标覆盖度查表值和实际覆盖度差值计算得到。
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