專利名稱：一種電控柴油機scr系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機排放處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是電控柴油機SCR系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
目前，能源緊缺和環(huán)境污染是困擾汽車業(yè)快速發(fā)展的兩大難題。因而汽車使用的降排技術(shù)一直是政府和社會廣泛關(guān)注的目標(biāo)。20世紀(jì)70年代中期以來 ，以改善柴油機燃燒過程為主的各種機內(nèi)凈化技術(shù)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，特別是燃燒方式的優(yōu)化和改進、電子控制燃油噴射、進氣增壓中冷、多氣門等先進技術(shù)的應(yīng)用對降低排氣污染物起到了很大的作用。但隨著越來越嚴(yán)格排放法規(guī)的實施，大量的試驗研究表明僅依靠機內(nèi)凈化措施同時把NOX (氮氧化物)和顆粒降低到滿足未來排放法規(guī)的要求已經(jīng)變得越來越困難，并且會導(dǎo)致生產(chǎn)和使用成本明顯升高，同時會不同程度地對汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性帶來負(fù)面效應(yīng)。因此，在柴油機先進機內(nèi)凈化技術(shù)的基礎(chǔ)上，輔助行之有效的尾氣后處理技術(shù)成為控制柴油機排放的發(fā)展趨勢。根據(jù)汽車工業(yè)發(fā)達國家的發(fā)展經(jīng)驗，當(dāng)前主要有兩條技術(shù)路線其一是EGR(廢氣再循環(huán)裝置)+DPF(顆粒捕集器)路線，即先通過廢氣再循環(huán)降低燃燒過程中的NOX生成量，再通過顆粒捕集器捕集因采用此技術(shù)而略有增加的顆粒物，從而達到同時降低NOX和顆粒物的效果。其二是Urea_SCR(以下簡稱SCR，尿素-選擇性催化還原系統(tǒng))路線，即先通過優(yōu)化燃燒降低顆粒物排放，同時允許NOX生成量有所增加，然后通過選擇性催化還原技術(shù)來降低因優(yōu)化燃燒而產(chǎn)生NOX的排放量。采用凈化方案的發(fā)動機由于優(yōu)化了噴油規(guī)律，扣除的費用，仍具有一定的節(jié)油優(yōu)勢。這對于發(fā)動機制造商來說，是吸引消費者的一大亮點。此夕卜，由于技術(shù)路線對燃油中的硫不敏感，所以SCR路線比較適合在燃油硫含量高的國家和地區(qū)在短時間內(nèi)投入使用。因此根據(jù)我國國情，國內(nèi)研究機構(gòu)和主要柴油機企業(yè)達成一致意見，即當(dāng)前在中國將SCR技術(shù)作為滿足未來國IV、國V排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)路線?，F(xiàn)有的SCR的控制策略大多數(shù)是針對每一種具體機型而制定的，對于不同的機型，其控制策略可能要進行較大的改動，這樣就會使策略的延展性差，導(dǎo)致研發(fā)周期長，成本聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法。該方法在基于模型的基礎(chǔ)上，對幾乎所有的柴油機都適用，廠商后續(xù)的工作只是針對不同的機型進行相應(yīng)的標(biāo)定試驗，這樣就會降低成本，縮短研發(fā)周期，大大提高了 SCR系統(tǒng)及柴油機整機廠的研發(fā)效率。本發(fā)明的第二目的是提供一種采用上述控制方法的電控柴油機SCR系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供一種電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟
步驟11 :根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定工況點，取得原機的NOX排放量、進氣流量及油耗，并根據(jù)修正參數(shù)對原機的NOX排放量、進氣流量及油耗進行修正，通過插值處理，最終得到轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩與NOX排放量、進氣流量、油耗的二維脈譜；步驟12 :根據(jù)排氣溫度及空速按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定率工況點，取得基于不同NH3滑失率的NOX的轉(zhuǎn)化效率，以此為基礎(chǔ)，得出基于最大允許NH3滑失率的NOX的最大轉(zhuǎn)化效率，最終得到排氣溫度、空速及NOX最大轉(zhuǎn)化效率的二維脈譜；步驟13 :根據(jù)步驟11得到的NOX排放量及步驟12得到的最大NOX轉(zhuǎn)化效率，計算出所需添藍噴射量，并根據(jù)排氣背壓的修正，最終得到柴油機穩(wěn)態(tài)工況添藍噴射量。優(yōu)選地，進一步包括確定柴油機瞬態(tài)工況添藍噴射量的步驟步驟14 :根據(jù)排氣溫度及空速按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定工況點，取得在不同排氣溫度及空速的條件中催化器的總儲氨量及儲氨量隨時間的變化關(guān)系，將儲氨量作為工況和時間的二元函數(shù)，建立氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)；步驟15 :在柴油機工況發(fā)生變化時，由步驟14中氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)所構(gòu)成的修正模型對穩(wěn)態(tài)工況中添藍噴射量進行修正，最終得到柴油機瞬態(tài)工況添藍噴射量。優(yōu)選地，所述步驟11中轉(zhuǎn)速以小于等于200轉(zhuǎn)/每分鐘為步長劃分，所述步驟11中轉(zhuǎn)矩以小于等于不同轉(zhuǎn)速的最大轉(zhuǎn)矩的不同百分比為步長劃分。優(yōu)選地，所述步驟13中的添藍噴射量按體積比以N02 NOl = I 9為條件計算。優(yōu)選地，所述步驟11中的修正參數(shù)包括冷卻水溫度和環(huán)境溫度。優(yōu)選地，所述步驟13中根據(jù)排氣背壓進行修正的方式為根據(jù)NOx傳感器反饋的NOx轉(zhuǎn)化效率與預(yù)期NOx轉(zhuǎn)化效率比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前尿素溶液噴射量進行修正。為實現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明提供一種電控柴油機SCR系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用上述任一項所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法對添藍噴射量進行控制。本發(fā)明通過建立控制模型，制定SCR系統(tǒng)在柴油機穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況中的控制策略，即在柴油機穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況中添藍噴射量的精確控制方法，降低柴油機尾氣中的NOX排放量，以達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的SCR的控制策略大多數(shù)是針對每一種具體機型而制定的，對于不同的機型，控制策略可能要進行較大的改動，這樣就會使策略的延展性差，導(dǎo)致研發(fā)周期長，成本高。而本發(fā)明所提出的控制策略是基于模型的基礎(chǔ)上，對幾乎所有的柴油機都適用的，廠商后續(xù)的工作只是針對不同的機型進行相應(yīng)的標(biāo)定試驗，這樣就會降低成本，縮短研發(fā)周期，大大提高了 SCR系統(tǒng)及柴油機整機廠的研發(fā)效率。本發(fā)明所提供的電控柴油機SCR系統(tǒng)采用了上述控制方法，由于上述控制方法具有上述技術(shù)效果，采用該控制方法的電控柴油機SCR系統(tǒng)也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)效果。


圖I為本發(fā)明所提供電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法確定穩(wěn)態(tài)工況添藍噴射量的控制流程圖；圖2為本發(fā)明所提供電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法確定瞬態(tài)工況添藍噴射量的控制流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心是提供一種電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法。該方法在基于模型的基礎(chǔ)上，對幾乎所有的柴油機都適用，廠商后續(xù)的工作只是針對不同的機型進行相應(yīng)的標(biāo)定試驗，這樣就會降低成本，縮短研發(fā)周期，大大提高了 SCR系統(tǒng)及柴油機整機廠的研發(fā)效率。本發(fā)明的另一核心是提供一種采用上述控制方法的電控柴油機SCR系統(tǒng)。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。 請參考圖1，圖I為本發(fā)明所提供電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法確定穩(wěn)態(tài)工況添藍噴射量的控制流程圖。本發(fā)明以轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的二維網(wǎng)格、排溫及空速的二維網(wǎng)格作為基點，與原機NOX排放量、NOX轉(zhuǎn)化效率相對應(yīng)，得到穩(wěn)態(tài)工況下添藍噴射量。第一步根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定工況點，即將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩按照一定的步長劃分成若干個轉(zhuǎn)速點和轉(zhuǎn)矩點，這些轉(zhuǎn)速點和轉(zhuǎn)矩點對應(yīng)組成一個網(wǎng)格，網(wǎng)格中每個相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩組成的點即可反映發(fā)動機的工作狀態(tài)；取得原機的NOX排放量、油耗及進氣流量，并根據(jù)冷卻水溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)對原機的NOX排放量、油耗及進氣流量進行修正，通過插值處理，最終得到轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩與NOX排放量、油耗、進氣流量的二維脈譜(即二維表格，在表格中有兩個數(shù)值決定一個數(shù)值，下同)。第二步根據(jù)排氣溫度及空速按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定率工況點，取得基于不同NH3滑失率(即氨氣泄漏量占總量的百分比)的NOX的轉(zhuǎn)化效率，以此為基礎(chǔ)，得出基于最大允許NH3滑失率的NOX的最大轉(zhuǎn)化效率，最終得到排氣溫度、空速及NOX最大轉(zhuǎn)化效率的二維脈譜。第三步根據(jù)第一步得到的NOX排放量及第二步得到的最大NOX轉(zhuǎn)化效率，計算出所需添藍噴射量，并根據(jù)排氣背壓的修正，具體修正方式如下當(dāng)SCR系統(tǒng)以一定量向排氣管內(nèi)噴射尿素溶液，如果此時發(fā)動機工況發(fā)生變化，其排氣背壓也會相應(yīng)發(fā)生變化，那么實際噴射尿素溶液量與理想尿素溶液噴射量會不一致，達不到預(yù)期效果，此時要根據(jù)NOx傳感器反饋的NOx轉(zhuǎn)化效率與預(yù)期NOx轉(zhuǎn)化效率比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前尿素溶液噴射量進行修正；最終得到柴油機穩(wěn)態(tài)工況中添藍噴射量。請參考圖2，圖2為本發(fā)明所提供電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法確定瞬態(tài)工況添藍噴射量的控制流程圖。本發(fā)明在SCR穩(wěn)態(tài)控制策略的基礎(chǔ)上，利用氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)所構(gòu)成的修正模型對穩(wěn)態(tài)工況中添藍噴射量進行修正，得到瞬態(tài)工況中SCR的控制策略。第四步根據(jù)排氣溫度及空速按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定工況點，取得在不同排氣溫度及空速的條件中催化器的總儲氨量及儲氨量隨時間的變化關(guān)系，將儲氨量作為工況和時間的二元函數(shù)，建立氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)。第五步在柴油機工況發(fā)生變化時，由第四步中氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)所構(gòu)成的修正模型對穩(wěn)態(tài)工況中添藍噴射量進行修正，最終得到在瞬態(tài)工況中添藍的噴射量。上述電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法僅是一種優(yōu)選方案，具體并不局限于此，在此基礎(chǔ)上可根據(jù)實際需要作出具有針對性的調(diào)整，從而得到不同的實施方式。由于可能實現(xiàn)的方式較多，這里就不再一一舉例說明。本發(fā)明通過建立控制模型，制定SCR系統(tǒng)在柴油機穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況中的控制策略，即在柴油機穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況中添藍噴射量的精確控制方法，降低柴油機尾氣中的NOX排放量，以達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的SCR的控制策略大多數(shù)是針對每一種具體機型而制定的，對于不同的機型，控制策略可能要進行較大的改動，這樣就會使策略的延展性差，導(dǎo)致研發(fā)周期長，成本高。而本發(fā)明所提出的控制策略是基于模型的基礎(chǔ)上，對幾乎所有的柴油機都適用的，廠商后續(xù)的工作只是針對不同的機型進行相應(yīng)的標(biāo)定試驗，這樣就會降低成本，縮短研發(fā)周期，大大提高了 SCR系統(tǒng)及柴油機整機廠的研發(fā)效率。除了上述控制方法，本發(fā)明還提供一種電控柴油機SCR系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用上述任一項所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法對添藍噴射量進行控制，其余結(jié)構(gòu)請參考現(xiàn)有技術(shù)，本文不再贅述。具體地，該系統(tǒng)包括電控柴油機、添藍控制器、催化器(包含催化器入口溫度傳感器、催化器出口溫度傳感器)、定量給料單元、噴嘴、添藍罐(包含添藍溫度傳感器、添藍液位傳感器、添藍過濾器)、壓縮空氣調(diào)節(jié)閥、壓縮空氣濾清器、冷卻液電磁閥、相關(guān)儀表線束及管路。添藍控制器采用模塊化設(shè)計，主要包含電源模塊、微處理器模塊、輸入調(diào)理模塊、輸出驅(qū)動模塊以及數(shù)據(jù)儲存模塊。本發(fā)明所提供的電控柴油機SCR系統(tǒng)采用了上述控制方法，由于上述控制方法具有上述技術(shù)效果，采用該控制方法的電控柴油機SCR系統(tǒng)也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)效果。以上對本發(fā)明所提供的電控柴油機SCR系統(tǒng)及其控制方法進行 了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟11:根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定工況點，取得原機的NOX排放量、進氣流量及油耗，并根據(jù)修正參數(shù)對原機的NOX排放量、進氣流量及油耗進行修正，通過插值處理，最終得到轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩與NOX排放量、進氣流量、油耗的二維脈譜； 步驟12 :根據(jù)排氣溫度及空速按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定率工況點，取得基于不同NH3滑失率的NOX的轉(zhuǎn)化效率，以此為基礎(chǔ)，得出基于最大允許NH3滑失率的NOX的最大轉(zhuǎn)化效率，最終得到排氣溫度、空速及NOX最大轉(zhuǎn)化效率的二維脈譜； 步驟13 :根據(jù)步驟11得到的NOX排放量及步驟12得到的最大NOX轉(zhuǎn)化效率，計算出所需添藍噴射量，并根據(jù)排氣背壓的修正，最終得到柴油機穩(wěn)態(tài)工況添藍噴射量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于，進一步包括確定柴油機瞬態(tài)工況添藍噴射量的步驟 步驟14 :根據(jù)排氣溫度及空速按步長劃分，以網(wǎng)格為單元確定工況點，取得在不同排氣溫度及空速的條件中催化器的總儲氨量及儲氨量隨時間的變化關(guān)系，將儲氨量作為工況和時間的二元函數(shù)，建立氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)； 步驟15 :在柴油機工況發(fā)生變化時，由步驟14中氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)所構(gòu)成的修正模型對穩(wěn)態(tài)工況中添藍噴射量進行修正，最終得到柴油機瞬態(tài)工況添藍噴射量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述步驟11中轉(zhuǎn)速以小于等于200轉(zhuǎn)/每分鐘為步長劃分，所述步驟11中轉(zhuǎn)矩以小于等于不同轉(zhuǎn)速的最大轉(zhuǎn)矩的不同百分比為步長劃分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述步驟13中的添藍噴射量按體積比以N02 NOl = I 9為條件計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述步驟11中的修正參數(shù)包括冷卻水溫度和環(huán)境溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述步驟13中根據(jù)排氣背壓進行修正的方式為根據(jù)NOx傳感器反饋的NOx轉(zhuǎn)化效率與預(yù)期NOx轉(zhuǎn)化效率比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前尿素溶液噴射量進行修正。
7.一種電控柴油機SCR系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)采用上述權(quán)利要求I至6任一項所述的電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法對添藍噴射量進行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電控柴油機SCR系統(tǒng)控制方法，該方法以轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的二維網(wǎng)格、排溫及空速的二維網(wǎng)格作為基點，與原機NOX排放量、NOX轉(zhuǎn)化效率相對應(yīng)，得到穩(wěn)態(tài)工況下添藍噴射量；在SCR穩(wěn)態(tài)控制策略的基礎(chǔ)上，利用氨氣量存儲函數(shù)及NH3的吸附、解吸附函數(shù)所構(gòu)成的修正模型對穩(wěn)態(tài)工況中添藍噴射量進行修正，得到瞬態(tài)工況中SCR的控制策略。該方法在基于模型的基礎(chǔ)上，對幾乎所有的柴油機都適用，廠商后續(xù)的工作只是針對不同的機型進行相應(yīng)的標(biāo)定試驗，這樣就會降低成本，縮短研發(fā)周期，大大提高了SCR系統(tǒng)及柴油機整機廠的研發(fā)效率。本發(fā)明還公開了一種采用上述控制方法的電控柴油機SCR系統(tǒng)。
文檔編號F01N9/00GK102619601SQ20121011504
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者李捷輝, 郭林山 申請人:濰柴動力揚州柴油機有限責(zé)任公司