專利名稱：基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法及控制裝置，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)工程技術(shù)領(lǐng)域，能更好的適用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)型號，省去復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)通訊匹配工作。具體的講是基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法及控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，尾氣污染問題越來越突出，我國的排放法規(guī)(法規(guī)規(guī)定的第IV階段和第V階段)也不斷嚴(yán)格，這就需要不斷的改進(jìn)尾氣后處理技術(shù)，與EGR尾氣后處理技術(shù)相比，缸內(nèi)優(yōu)化燃燒+SCR尾氣后處理系統(tǒng)路線更具有優(yōu)勢，不僅有利于燃油的經(jīng)濟(jì)性,而且對硫的敏感性更低,更容易實(shí)現(xiàn)高的法規(guī)要求，SCR技術(shù)必將成為主流技術(shù)。我國SCR技術(shù)仍然處于起步階段，還有許多問題有待去解決。由于目前NOx傳感器 所測出的NOx濃度都是體積溶度，而尾氣的體積流量是無法直接進(jìn)行測量的，所以現(xiàn)有的SCR尾氣后處理方案技術(shù)原理是通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)通訊來判斷車輛的運(yùn)行工況，直接查詢MAP圖進(jìn)行判斷NOx排放量，根據(jù)NOx排放量在排氣道投放適量的添藍(lán)溶液，其與NOx進(jìn)行還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的NOx排放的目的。由于與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)進(jìn)行通訊，對于SCR控制系統(tǒng)來說必須要對發(fā)動(dòng)機(jī)接口參數(shù)進(jìn)行匹配，這無疑是增加了 SCR控制系統(tǒng)的開發(fā)的工作量以及與發(fā)動(dòng)機(jī)的一一對應(yīng)性，這對SCR控制系統(tǒng)的適用性受到了一定的限制。因此提出一種基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR控制方法及控制裝置，可以有效的改善了 SCR控制系統(tǒng)的適用性和開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性，可以很好的運(yùn)用到發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法及控制裝置，而不需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)進(jìn)行通訊來判斷NOx排量，可以直接通過信號采集單元獲取所需各種參數(shù)，再通過MCU控制單元計(jì)算所需噴射的添藍(lán)溶液的量，使NOx達(dá)到法規(guī)要求。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法，其步驟是
第一步分別由壓差傳感器測量出排氣管道中的壓強(qiáng)差，絕對壓強(qiáng)傳感器測量排氣管道的絕對壓強(qiáng)，溫度傳感器測量排氣管道的尾氣溫度以及尾氣進(jìn)口 NOx傳感器測量排氣管道的NOx體積濃度。第二步將以上測量的信號傳輸給MCU控制單元，經(jīng)MCU控制單元計(jì)算分別將壓強(qiáng)差轉(zhuǎn)換成排氣管道的尾氣體積流量，將絕對壓強(qiáng)和溫度用來計(jì)算尾氣的密度以及進(jìn)口的NOx體積濃度，從而計(jì)算得到NOx的摩爾數(shù)。第三步通過由MCU控制單元計(jì)算得到的NOx的摩爾數(shù)與添藍(lán)溶液之間的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系得出需要噴射的添藍(lán)溶液基本量，再根據(jù)已知的相應(yīng)溫度下催化劑轉(zhuǎn)化效率來修正其值。第四步由出口的NOx傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測NOx濃度是否滿足所設(shè)定的濃度要求，將信號反饋給MCU控制單元并適量調(diào)節(jié)添藍(lán)溶液的噴射量，形成閉環(huán)控制。第五步由MCU控制單元將計(jì)算出來的所需噴射的添藍(lán)溶液量信號傳輸給尿素泵計(jì)量單元，計(jì)量單元按所需量通過噴嘴噴出添藍(lán)溶液來降低尾氣的NOx濃度，使之達(dá)到國IV標(biāo)準(zhǔn)甚至國V標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)上述的基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法，還需要特定的控制裝置。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的控制裝置主要包括信號采集單元、單片機(jī)及其外圍電路。信號采集單元主要包括壓差傳感器、進(jìn)口 NOx傳感器、絕對壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器?？刂蒲b置設(shè)有CAN總線接口，單片機(jī)通過CAN總線接口與尿素泵進(jìn)行通訊來控制添藍(lán)溶液量的噴射。信號采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采 集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算出所需的添藍(lán)溶液噴射量，這就不需要通過發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)的CAN總線接受發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)來判斷所需的添藍(lán)溶液噴射量，這樣就形成了基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置。 本發(fā)明的優(yōu)越性在于
(I)提出一種基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR控制方法。這種方法是通過信號采集單元采集尾氣的壓差、絕度壓強(qiáng)、溫度、NOx濃度的參數(shù)，并將添藍(lán)溶液噴射量表達(dá)為這些參數(shù)的函數(shù)。因此，獨(dú)立的SCR控制系統(tǒng)只需簡單的通過信號采集單元采集的參數(shù)來控制添藍(lán)溶液的噴射量，將NOx排放的控制在法規(guī)要求范圍內(nèi)。(2)提出了一種獨(dú)立的SCR控制方式。這種方式是設(shè)計(jì)以單片機(jī)和信號采集單元為主體的完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)的控制裝置，該裝置不需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制器(ECU)進(jìn)行通訊來獲取發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)來預(yù)測所需的添藍(lán)溶液的噴射量，而是直接通過信號采集單元來獲取尿素所需噴射量，并通過單片機(jī)CAN接口與尿素泵計(jì)量單元通訊來控制噴射添藍(lán)溶液所需量。這種方式不僅使得發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣參數(shù)獲取簡單，而且解決了因不知道發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)的CAN接口參數(shù)而無法實(shí)現(xiàn)隨意配置SCR系統(tǒng)的問題，可以不改變原有的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，只需要在排氣管道上安裝六個(gè)傳感器就可以直接配置這一獨(dú)立的SCR控制裝置，完全與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)獨(dú)立。(3)提出一種計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法。這種方法是以尾氣管道上的各種傳感器為基礎(chǔ)，通過絕對壓強(qiáng)傳感器和溫度傳感器進(jìn)行計(jì)算尾氣的密度，以壓差傳感器測量來計(jì)算出尾氣的體積流量，再根據(jù)NOx傳感器測量的體積濃度計(jì)算出NOx實(shí)際的摩爾數(shù)以及相應(yīng)溫度下的催化劑轉(zhuǎn)化效率來計(jì)算所需的添藍(lán)溶液噴射量。該方法可以在完全不知道發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)的CAN接口參數(shù)的情況下同樣計(jì)算出所需的添藍(lán)溶液的量，這就可以讓獨(dú)立的SCR控制裝置更具有適用性，可以很好地在各種發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行配置。


圖I是SCR系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明獨(dú)立控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是本發(fā)明計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是SCR系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。該總體結(jié)構(gòu)框圖由SCR系統(tǒng)本身固有的裝置和本發(fā)明的獨(dú)立SCR系統(tǒng)控制裝置組成,SCR系統(tǒng)本身固有的裝置包括尿素噴嘴5、尿素罐液位和溫度傳感器8、添藍(lán)溶液進(jìn)液管9、添藍(lán)溶液回流管10、尿素罐11、尿素泵12、發(fā)動(dòng)機(jī)15、SCR催化劑16。本發(fā)明的獨(dú)立SCR系統(tǒng)控制裝置包括壓差傳感器I、進(jìn)口 NOx傳感器2、絕對壓強(qiáng)傳感器3、進(jìn)口溫度傳感器4、出口溫度傳感器6、出口 NOx傳感器7、CAN總線13、獨(dú)立控制單元MCU 14。圖2是本發(fā)明獨(dú)立控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
本發(fā)明獨(dú)立控制裝置包括單片機(jī)及外圍電路，其包括單片機(jī)基本系統(tǒng)、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，CAN總線接口電路，開關(guān)量、模擬量輸入接口，控制量輸出接口。單片機(jī)完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)，不需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)通訊獲取發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)來計(jì)算所需添藍(lán)溶液的量，而是通過添加獨(dú)立的信號采集單元實(shí)時(shí)獲取尾氣的壓差、絕對壓強(qiáng)、溫度、NOx體積濃度等信號，并將這些信號數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)到擴(kuò)展存儲(chǔ)器中，單片機(jī)根據(jù)所設(shè)定的所需添藍(lán)溶液量的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算得出所需的添藍(lán)溶液噴射量，然后通過CAN接口輸出相應(yīng)的控制信號給尿素泵的計(jì)量單元，計(jì)量單元定量控制噴射添藍(lán)溶液。由于單片機(jī)完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)，所以需要信號采集單元采集排氣管道中的壓差信號、絕對壓強(qiáng)信號、溫度信號、NOx濃度信號來代替目前SCR系統(tǒng)通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)通訊獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)工作數(shù)據(jù)參數(shù)，信號采集單元還包括采集尿素罐的液位和溫度信號，這些信號還需要通過信號調(diào)理電路進(jìn)行處理，再通過模擬量輸入接口傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。CAN總線接口電路是單片機(jī)與尿素泵、NOx傳感器之間信號傳輸?shù)耐緩?。尿素泵與單片機(jī)可以通過CAN接口進(jìn)行相互通訊，達(dá)到實(shí)時(shí)的信號傳輸和反饋的效果。而NOx傳感器只能將信號傳輸給單片機(jī)并進(jìn)行處理計(jì)算。控制量輸出接口主要是輸出添藍(lán)溶液液位、低液位報(bào)警指示燈、尿素罐溫度以及冷卻液電磁閥開關(guān)控制信號。開關(guān)量輸入接口是采集車輛鑰匙開關(guān)信號，確定是否啟動(dòng)這一獨(dú)立的控制裝置。圖3是本發(fā)明計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法原理圖。本發(fā)明計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法是基于壓差傳感器、絕對壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器、進(jìn)出口 NOx傳感器和單片機(jī)的所需添藍(lán)溶液量的計(jì)算方法。其步驟是
第一步分別由各傳感器實(shí)時(shí)采集尾氣的壓差、絕對壓強(qiáng)、溫度、進(jìn)口 NOx體積濃度、出口 NOx體積濃度參數(shù)，并將這些參數(shù)傳輸給單片機(jī)。第二步 由氣體狀態(tài)方程尸以及公式:推導(dǎo)出其中p為尾氣密度，p為壓強(qiáng)，M為尾氣
摩爾質(zhì)量，R為氣體常數(shù)，T為尾氣溫度。單片機(jī)根據(jù)絕對壓強(qiáng)和溫度按照所述密度公式計(jì)算出尾氣密度。
第三步由伯努利方程
權(quán)利要求
1.基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟 第一步分別由壓差傳感器測量出排氣管道中的壓強(qiáng)差，絕對壓強(qiáng)傳感器測量排氣管道的絕對壓強(qiáng)，溫度傳感器測量排氣管道的尾氣溫度以及尾氣進(jìn)口 NOx傳感器測量排氣管道的NOx體積濃度； 第二步將以上測量的信號傳輸給MCU控制單元，經(jīng)MCU控制單元計(jì)算分別將壓強(qiáng)差轉(zhuǎn)換成排氣管道的尾氣體積流量，將絕對壓強(qiáng)和溫度用來計(jì)算尾氣的密度以及進(jìn)口的NOx體積濃度，從而計(jì)算得到NOx的摩爾數(shù)； 第三步通過由MCU控制單元計(jì)算得到的NOx的摩爾數(shù)與添藍(lán)溶液之間的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系得出需要噴射的添藍(lán)溶液基本量，再根據(jù)已知的相應(yīng)溫度下催化劑轉(zhuǎn)化效率來修正其值； 第四步由出口的NOx傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測NOx濃度是否滿足所設(shè)定的濃度要求，將信號反饋給MCU控制單元并適量調(diào)節(jié)添藍(lán)溶液的噴射量，形成閉環(huán)控制； 第五步由MCU控制單元將計(jì)算出來的所需噴射的添藍(lán)溶液量信號傳輸給尿素泵計(jì)量單元，計(jì)量單元按所需量通過噴嘴噴出添藍(lán)溶液來降低尾氣的NOx濃度，使之達(dá)到國IV標(biāo)準(zhǔn)甚至國V標(biāo)準(zhǔn)。
2.一種實(shí)現(xiàn)上述方法的控制裝置包括信號采集單元、單片機(jī)及其外圍電路，其特征在于控制裝置設(shè)有CAN總線接口，單片機(jī)通過CAN總線接口與尿素泵進(jìn)行通訊來控制添藍(lán)溶液量的噴射；信號采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，得出所需的添藍(lán)溶液噴射量； 所述的信號采集單元包括壓差傳感器、進(jìn)口 NOx傳感器、絕對壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器；所述壓差傳感器、進(jìn)口 NOx傳感器、絕對壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機(jī)信號連接；所述的進(jìn)口溫度傳感器靠近催化反應(yīng)器，在催化反應(yīng)器和進(jìn)口溫度傳感器之間還設(shè)置有噴嘴，所述的噴嘴與尿素泵的出口連接； 在催化反應(yīng)器之后的排氣管道上設(shè)置有出口溫度傳感器和出口 NOx傳感器，所述的出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器與單片機(jī)信號連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制方法及控制裝置。本發(fā)明中的信號采集單元主要包括壓差傳感器、進(jìn)口NOx傳感器、絕對壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口NOx傳感器?？刂蒲b置設(shè)有CAN總線接口，單片機(jī)通過CAN總線接口與尿素泵進(jìn)行通訊來控制添藍(lán)溶液量的噴射。信號采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算出所需的添藍(lán)溶液噴射量。本發(fā)明可以不改變原有的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，只需要在排氣管道上安裝六個(gè)傳感器就可以直接配置這一獨(dú)立的SCR控制裝置，完全與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器獨(dú)立。
文檔編號F01N3/20GK102678239SQ20121017961
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者凌鑫晨, 吳鋒, 姚棟偉, 甘旭波, 范漢茂 申請人:浙江大學(xué)