CN115013129A - 一种防止柴油机尾气排放物pn超标的控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车排放控制与软件开发应用领域，具体涉及一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略。本发明通过实时监控DPF前排气温度T5，识别T5持续过高风险，并基于车辆运行环境与工况等适当限制发动机运行负荷以防止排气温度T5持续过高，从而防止DPF被动再生过强，防止PN排放超标，且兼顾最小程度影响动力性与驾驶性。本发明可以集成于汽车ECU程序并运用，通过实验与标定，有效防止汽车尾气排放污染物PN超标，尤其是当车辆在高温与高海拔地区行驶，使汽车尾气排放满足国家排放法规要求，防止环境污染，本发明能应用于各整车项目。

Description

一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略
技术领域
本发明属于汽车排放控制与软件开发应用领域，具体涉及一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略。
背景技术
颗粒物是柴油发动机机尾气排放污染物的主要组成部分，由因不完全燃烧而形成的碳烟颗粒Soot与其他灰分颗粒物Ash组成。国5及更早的排放法规对颗粒物排放提出了明确的限值要求，控制发动机或整车单位做功的颗粒物排放总质量PM。最新的国6法规对颗粒物排放提出新的也更严的要求：颗粒物计数PN，要求控尾气排放物中，粒径小于或等于23nm的颗粒物总数。以《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 17691—2018）排放法规为例，法规对发动机标准循环（WHSC/WHTC）与整车道路实际驾驶循环（PEMS）提出了明确的PN限值，国7阶段排放要求将更加严苛。
国6排放阶段，主流的柴油机排放控制后处理系统技术方案为DOC+DPF+SCR，其中DPF为柴油机颗粒物捕集器，主要用来过滤和控制PM与PN排放，其工作原理见附图1。DPF的壁流式的内部结构能有效的收集和过滤颗粒排放物。同时，在高温与贵金属催化剂等条件下，DOC氧化反应形成的NO2与O充当氧化剂，DPF内过滤累积的碳颗粒物发生燃烧反应，即DPF再生清空，除标定控制触发的主动再生（防止DPF堵塞），还有连续的被动再生（CRT），温度或氧化剂含量越高，DPF再生反应越剧烈。
DPF的捕集与过滤效率与颗粒物载量相关，随着颗粒物的累积，其内部流阻变大，过滤效率增强，过滤效率可达95%以上；当颗粒物载量过低时，DPF过滤效率偏低，尤其对小粒径的颗粒物。具体DPF工作原理图如图1所示。
相比于PM，PN更难控制。颗粒物粒径与数量的生成过程与发动机缸内燃烧状态相关，具有不确定性，相同的PM排放，PN可能存在数量级的差异，所以PN对DPF的过滤效率有更高的要求。大量实验表明，高温或高原等非标环境的PEMS试验高速工况下，发动机连续运行在高转速高负荷工况，排温与NOx排放较高，DPF被动再生CRT过强，DPF载量逐渐减少甚至可能空载，从而DPF过滤效率过低，PN排放难以控制。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，实时监控DPF前排气温度T5，识别T5持续过高风险，并基于车辆运行环境与工况等适当限制发动机运行负荷以防止排气温度T5持续过高，从而防止DPF被动再生过强，防止PN排放超标，且兼顾最小程度影响动力性与驾驶性。具体技术方案如下：
一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，包括如下步骤：
（1）针对整车项目中的PN排放问题和风险，设计包括PN控制功能的激活条件逻辑与防止PN排放超标的控制策略；
（2）针对于功能逻辑，开发独立的可移植的软件功能包，并将软件集成于整车程序；
（3）对软件进行标定：通过实验对相关控制变量进行设置；
（4）验证试验，在整车ECU程序集成PN控制策略软件包前后，分别进行整车PEMS试验，对比T5排温与PN排放情况。
进一步的，所述步骤（1）中PN控制功能的激活条件包括：（a）环境温度条件，设定环境温度高于法规最低限值为PN控制功能激活条件；（b）环境压力条件，设定环境压力高于法规最小限值为PN控制功能激活条件；（c）T5排温，设定合理的T5温度为最小值条件，T5温度高于限值，PN控制功能激活；（d）车速条件，设定合理的车速最小值条件，车速高于限值，PN控制功能激活；（e）档位条件，作为车速条件的附加条件，档位高于限值，PN控制功能激活；（f）发动机运行工况区域条件，作为车速条件的附加条件，发动机运行在条件工况区域内，PN控制功能激活；（g）发动机运行模式条件，设定合理的发动机运行模式，仅在正常行车工况激活PN控制功能。
进一步的：所述步骤（1）中进一步包括对所有PN控制功能激活条件均进行缓冲设置，若满足所有条件，且持续一定时间，则PN控制策略功能激活。
进一步的：所述步骤（1）中的防止PN排放超标的控制策略具体为当PN控制策略功能激活，基于T5与环境压力对发动机当前转速下的最大负荷进行修正与限制，降低发动机运行负荷，防止发动机排温及T5温度过高，防止发动机NOx排放过高，从而防止PN排放超标，且最小程度影响整车独立性与驾驶性。
进一步的，所述步骤（3）中的控制变量包括PN控制功能激活条件值、发动机负荷限制条件Map值和环境压力修正系数。
本发明可以集成于汽车ECU程序并运用，通过实验与标定，有效防止汽车尾气排放污染物PN超标，尤其是当车辆在高温与高海拔地区行驶，使汽车尾气排放满足国家排放法规要求，防止环境污染，本发明能应用于各整车项目。
附图说明
图1 为DPF工作原理图；
图2为PN控制策略开发流程图；
图3为PN控制功能激活条件逻辑图；
图4 为PN超标的防止控制措施策略图；
图5 为PN控制策略激活条件软件集成与标定结果截图；
图6 为PN控制策略软件集成与标定结果截图一；
图7 为PN控制策略软件集成与标定结果截图二
图8 为PN控制策略的整车PEMS试验验证结果图一；
图9 为PN控制策略的整车PEMS试验验证结果图二。
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。
一种防止柴油机排放物PN超标的控制策略，整个发明内容及实施过程如流程图2。
步骤1、针对整车项目中的PN排放问题和风险，设计了一套具体的功能逻辑与控制策略，主要包括PN控制功能的激活条件逻辑与防止PN排放超标的控制措施。PN控制功能激活条件逻辑如图3，防止与控制PN超标即T5排温控制的措施功能逻辑如图4，具体PN控制功能的激活条件包括：（a）环境温度条件，设定环境温度高于法规最低限值为PN控制功能激活条件；（b）环境压力条件，设定环境压力高于法规最小限值为PN控制功能激活条件；（c）T5排温，设定合理的T5温度为最小值条件，T5温度高于限值，PN控制功能激活；（d）车速条件，设定合理的车速最小值条件，车速高于限值，PN控制功能激活；（e）档位条件，作为车速条件的附加条件，档位高于限值，PN控制功能激活；（f）发动机运行工况区域条件，作为车速条件的附加条件，发动机运行在条件工况区域内，PN控制功能激活；（g）发动机运行模式条件，设定合理的发动机运行模式，仅在正常行车工况激活PN控制功能。
防止PN排放超标的控制策略具体为当PN控制策略功能激活，基于T5与环境压力对发动机当前转速下的最大负荷进行修正与限制，降低发动机运行负荷，防止发动机排温及T5温度过高，防止发动机NOx排放过高，从而防止PN排放超标，且最小程度影响整车独立性与驾驶性。
步骤2、为了使发明的控制策略能运用于实际整车工程项目，针对于功能逻辑，进行相关的软件开发，开发为独立的可移植的软件功能包，并将软件集成与整车程序（a2l与hex）；
步骤3、对软件进行标定：通过实验对相关控制变量进行设置，如各PN控制功能激活条件值、发动机负荷限制条件Map值、环境压力修正系数等，如图5-7所示。
步骤4、为了验证发明的PN控制策略的有效性，进行整车PEMS试验，验证并进一步完善PN控制策略的有效性和稳健性。验证试验方案：在整车ECU程序集成PN控制策略软件包前后，分别进行整车PEMS试验，对比T5排温与PN排放。
通过整车PEMS试验结果，PN控制策略可以很有效的预判T5超高风险，及时防止与控制T5温度持续升高，最终防止并控制PN超标，如图8和图9所示。
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 (5)

1.一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，其特征在于：包括如下步骤：
针对整车项目中的PN排放问题和风险，设计包括PN控制功能的激活条件逻辑与防止PN排放超标的控制策略；
针对于功能逻辑，开发独立的可移植的软件功能包，并将软件集成于整车程序；
对软件进行标定：通过实验对相关控制变量进行设置；
验证试验，在整车ECU程序集成PN控制策略软件包前后，分别进行整车PEMS试验，对比T5排温与PN排放情况。
2.根据权利要求1所述的一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，其特征在于：所述步骤（1）中PN控制功能的激活条件包括：（a）环境温度条件，设定环境温度高于法规最低限值为PN控制功能激活条件；（b）环境压力条件，设定环境压力高于法规最小限值为PN控制功能激活条件；（c）T5排温，设定合理的T5温度为最小值条件，T5温度高于限值，PN控制功能激活；（d）车速条件，设定合理的车速最小值条件，车速高于限值，PN控制功能激活；（e）档位条件，作为车速条件的附加条件，档位高于限值，PN控制功能激活；（f）发动机运行工况区域条件，作为车速条件的附加条件，发动机运行在条件工况区域内，PN控制功能激活；（g）发动机运行模式条件，设定合理的发动机运行模式，仅在正常行车工况激活PN控制功能。
3.根据权利要求2所述的一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，其特征在于：所述步骤（1）中进一步包括对所有PN控制功能激活条件均进行缓冲设置，若满足所有条件，且持续一定时间，则PN控制策略功能激活。
4.根据权利要求1所述的一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，其特征在于：所述步骤（1）中的防止PN排放超标的控制策略具体为当PN控制策略功能激活，基于T5与环境压力对发动机当前转速下的最大负荷进行修正与限制，降低发动机运行负荷，防止发动机排温及T5温度过高，防止发动机NOx排放过高，从而防止PN排放超标。
5.根据权利要求1所述的一种防止柴油机尾气排放物PN超标的控制策略，其特征在于：所述步骤（3）中的控制变量包括PN控制功能激活条件值、发动机负荷限制条件Map值和环境压力修正系数。
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