專利名稱：用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及柴油發(fā)動機的技術(shù)領(lǐng)域，更特別地涉及用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
柴油發(fā)動機自問世以來，憑借其良好的動力性、經(jīng)濟性和耐久性等優(yōu)點，在各種動力裝置、船舶和車輛上得到了廣泛的應(yīng)用。與汽油機相比，柴油發(fā)動機有很多優(yōu)勢廢氣排放降低，在車速較低時具有更有優(yōu)勢的加速性能，平均燃油消耗低，并且能提供更多的駕駛樂趣。然而，與同等功率的汽油機相比，微粒和氮氧化物排放是尾氣排放中的兩種最主要的污染物。。目前，降低汽車尾氣排放以到達排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)通常是采用排氣后處理的方式來降低污染物的排放量，而尿素選擇性催化還原法(SCR)是最具現(xiàn)實意義的方法，它能有效地降低發(fā)動機尾氣中的氮氧化物。在現(xiàn)有柴油發(fā)動機的SCR尿素計量噴射系統(tǒng)(在下文中，簡稱為尿素噴射系統(tǒng)) 中，對尿素壓力的控制采用的是PID類型的控制策略，這需要進行大量的標(biāo)定工作。此外， 基于現(xiàn)有的PID控制策略，在發(fā)動機的某些工況條件下，尿素壓力的實際值同其目標(biāo)值之間會產(chǎn)生較大的偏差，這導(dǎo)致了尿素噴射系統(tǒng)中尿素實際噴射量與尿素目標(biāo)噴射量之間出現(xiàn)較大的誤差，從而直接影響了發(fā)動機后處理SCR系統(tǒng)中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率。正是基于這個原因，開發(fā)先進的尿素噴射系統(tǒng)的尿素壓力控制策略對提高發(fā)動機性能和減少標(biāo)定工作而言是至關(guān)重要的。為此，本領(lǐng)域存在對尿素噴射系統(tǒng)的控制技術(shù)進行改進的需要

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明公開了一種用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的設(shè)備和方法，以克服或者至少部分消除現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一些缺陷。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的設(shè)備。該設(shè)備可以包括工況參數(shù)獲取裝置，配置用于獲取與所述尿素噴射系統(tǒng)相關(guān)的工況參數(shù)；控制量確定裝置，其與所述工況參數(shù)獲取裝置耦合，配置用于依據(jù)所述工況參數(shù)、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的目標(biāo)值和基于表征所述尿素噴射系統(tǒng)的物理模型而設(shè)計的控制模型， 來確定用于控制所述尿素噴射系統(tǒng)的控制量，所述控制量為尿素泵驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速；以及驅(qū)動信號確定裝置，其與所述控制量確定裝置耦合，配置用于根據(jù)確定的所述控制量，來確定用于驅(qū)動所述尿素泵驅(qū)動電機的驅(qū)動信號。在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，該設(shè)備可以進一步包括觀測值確定裝置， 其與所述工況參數(shù)獲取裝置和所述控制量確定裝置耦合，配置用于依據(jù)所述工況參數(shù)以及基于所述物理模型而設(shè)計的觀測器模型，來確定尿素泵腔內(nèi)尿素壓力的觀測值，以供所述控制量確定裝置來確定所述控制量。
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在根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施方式中，所述觀測器模型通過為所述物理模型中的尿素泵腔內(nèi)尿素壓力表達式和尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力表達式分別增加調(diào)整項，并選擇使得調(diào)整后的所述兩個表達式均穩(wěn)定和收斂的調(diào)整因子來設(shè)計。在根據(jù)本發(fā)明的再一優(yōu)選實施方式中，觀測值確定裝置可以進一步配置用于依據(jù)所述工況參數(shù)以及所述觀測器模型，來確定尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的觀測值，以供所述控制量確定裝置來確定所述控制量。在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，工況參數(shù)可以包括尿素泵柱塞沖程、尿素泵腔內(nèi)尿素壓力、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素噴射器尿素噴出流量和尿素緩沖腔尿素回流流量。在根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施方式中，物理模型可以通過以下各項來表征尿素泵尿素流入流量表達式；尿素泵尿素流出流量表達式；尿素泵腔內(nèi)尿素壓力表達式；尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力表達式；尿素緩沖腔尿素回流流量表達式；以及尿素噴射器尿素噴出流量表達式。在根據(jù)本發(fā)明的再一優(yōu)選實施方式中，控制模型可以包括前饋控制器，所述控制量可以包括前饋控制分量。在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，所述前饋控制分量Off可以表示為
權(quán)利要求
1.一種用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的設(shè)備，其特征在于，包括 工況參數(shù)獲取裝置，配置用于獲取與所述尿素噴射系統(tǒng)相關(guān)的工況參數(shù)；控制量確定裝置，其與所述工況參數(shù)獲取裝置耦合，配置用于依據(jù)所述工況參數(shù)、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的目標(biāo)值和基于表征所述尿素噴射系統(tǒng)的物理模型而設(shè)計的控制模型， 來確定用于控制所述尿素噴射系統(tǒng)的控制量，所述控制量為尿素泵驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速；以及驅(qū)動信號確定裝置，其與所述控制量確定裝置耦合，配置用于根據(jù)確定的所述控制量， 來確定用于驅(qū)動所述尿素泵驅(qū)動電機的驅(qū)動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括觀測值確定裝置，其與所述工況參數(shù)獲取裝置和所述控制量確定裝置耦合，配置用于依據(jù)所述工況參數(shù)以及基于所述物理模型而設(shè)計的觀測器模型，來確定尿素泵腔內(nèi)尿素壓力的觀測值，以供所述控制量確定裝置來確定所述控制量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述觀測器模型通過為所述物理模型中的尿素泵腔內(nèi)尿素壓力表達式和尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力表達式分別增加調(diào)整項，并選擇使得調(diào)整后的所述兩個表達式均穩(wěn)定和收斂的調(diào)整因子來設(shè)計。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述觀測值確定裝置進一步配置用于 依據(jù)所述工況參數(shù)以及所述觀測器模型，來確定尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的觀測值，以供所述控制量確定裝置來確定所述控制量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述工況參數(shù)包括尿素泵柱塞沖程、尿素泵腔內(nèi)尿素壓力、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、 尿素噴射器尿素噴出流量和尿素緩沖腔尿素回流流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述物理模型通過以下各項來表征 尿素泵尿素流入流量表達式；尿素泵尿素流出流量表達式； 尿素泵腔內(nèi)尿素壓力表達式； 尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力表達式； 尿素緩沖腔尿素回流流量表達式；以及尿素噴射器尿素噴出流量表達式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制模型包括前饋控制器，所述控制量包括前饋控制分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述前饋控制分量ωρρ表示為
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制模型包括反饋控制器，所述控制量包括反饋控制分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述反饋控制分量ωΡΒ表示為
11.一種用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括 獲取與所述尿素噴射系統(tǒng)相關(guān)的工況參數(shù)；依據(jù)所述工況參數(shù)、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的目標(biāo)值和基于表征所述尿素噴射系統(tǒng)的物理模型而設(shè)計的控制模型，來確定用于控制所述尿素噴射系統(tǒng)的控制量，所述控制量為尿素泵驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速；以及根據(jù)確定的所述控制量，來確定用于驅(qū)動所述尿素泵驅(qū)動電機的驅(qū)動信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包括依據(jù)所述工況參數(shù)以及基于所述物理模型而設(shè)計的觀測器模型，來確定尿素泵腔內(nèi)尿素壓力的觀測值，以用于確定所述控制量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述觀測器模型通過為所述物理模型中的尿素泵腔內(nèi)尿素壓力表達式和尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力表達式分別增加調(diào)整項，并選擇使得調(diào)整后的所述兩個表達式均穩(wěn)定和收斂的調(diào)整因子來設(shè)計。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進一步包括依據(jù)所述工況參數(shù)以及所述觀測器模型，來確定尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的觀測值，以用于確定所述控制量。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述工況參數(shù)包括尿素泵柱塞沖程、 尿素泵腔內(nèi)尿素壓力、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素噴射器尿素噴出流量和尿素緩沖腔尿素回流流量。
16.根據(jù)權(quán)利要求11述的方法，其特征在于，所述物理模型通過以下各項來表征 尿素泵尿素流入流量表達式；尿素泵尿素流出流量表達式； 尿素泵腔內(nèi)尿素壓力表達式； 尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力表達式； 尿素緩沖腔尿素回流流量表達式；以及尿素噴射器尿素噴出流量表達式。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括前饋控制器，所述控制量包括前饋控制分量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述前饋控制分量ωρρ表示為
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括反饋控制器，所述控制量包括反饋控制分量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述反饋控制分量ωΡΒ表示為
全文摘要
公開了一種用于控制柴油發(fā)動機的尿素噴射系統(tǒng)的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括工況參數(shù)獲取裝置，用于獲取與尿素噴射系統(tǒng)相關(guān)的工況參數(shù)；控制量確定裝置，其與工況參數(shù)獲取裝置耦合，用于依據(jù)工況參數(shù)、尿素緩沖腔內(nèi)尿素壓力的目標(biāo)值和基于表征尿素噴射系統(tǒng)的物理模型而設(shè)計的控制模型，來確定用于控制尿素噴射系統(tǒng)的控制量，該控制量為尿素泵驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速；以及驅(qū)動信號確定裝置，其與控制量確定裝置耦合，用于根據(jù)確定的控制量，來確定用于驅(qū)動尿素泵驅(qū)動電機的驅(qū)動信號。根據(jù)本發(fā)明的實施方式適用于系統(tǒng)在任何工況下的工作過程，可實現(xiàn)較為精確的尿素噴射壓力和快速響應(yīng)，減少尿素壓力與其目標(biāo)值的偏差，減少標(biāo)定工作量，并改善系統(tǒng)的功能。
文檔編號F01N3/20GK102155279SQ20111010040
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者佟德輝, 孫少軍, 孫永亮, 胡廣地, 郭圣剛 申請人:濰柴動力股份有限公司