本發(fā)明涉及柴油機(jī)尾氣后處理技術(shù)、可變幾何截面渦輪增壓技術(shù)以及推遲進(jìn)氣門晚關(guān)的米勒循環(huán)技術(shù)，更具體的說，是涉及一種基于進(jìn)排氣系統(tǒng)的后處理器熱管理控制方法。
背景技術(shù)：
：柴油機(jī)憑借其突出的高效低油耗低、低co2排放等特性，被廣泛應(yīng)用于商用車和乘用車領(lǐng)域。但缸內(nèi)富氧燃燒通常會(huì)伴隨大量的氮氧化合物排放，主要是指一氧化氮(no)和二氧化氮(no2)，兩者統(tǒng)稱為nox。通常情況下，柴油機(jī)尾氣中的no占絕大部分，部分工況可以達(dá)到90％。醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)表明，no和no2對人體健康均會(huì)產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及人的生命安全，所以如何有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)nox排放水平已成為世界范圍內(nèi)燃機(jī)工作者的研究熱點(diǎn)。目前，用于降低柴油機(jī)nox排放的后處理技術(shù)主要有：leannoxtrap(lnt)技術(shù)、nox選擇非催化還原、nox選擇催化還原和等離子輔助催化還原。選擇催化還原(selectivecatalyticreduction，scr)技術(shù)在催化劑的作用下通過向富氧的排氣中噴射燃油或者其他還原劑促進(jìn)還原劑與nox反應(yīng)，將nox還原成無害的n2，可以降低柴油機(jī)中90％以上的nox，目前被認(rèn)為是解決柴油機(jī)nox排放最有效的技術(shù)?，F(xiàn)有的scr技術(shù)，按照還原劑的種類不同，大致可以分為以尿素分解產(chǎn)生的nh3作為還原劑的尿素型scr技術(shù)，和以碳?xì)渥鳛檫€原劑的碳?xì)湫蛃cr技術(shù)兩大類。相比較而言，尿素型scr技術(shù)則更為成熟，已被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。采用尿素型scr后處理技術(shù)相比egr技術(shù)有利于燃油經(jīng)濟(jì)性的改善，燃油系統(tǒng)的配置也不需太高，而且scr對燃油中的硫不太敏感，低要求的燃油品質(zhì)可以降低柴油機(jī)的運(yùn)行成本。在降低柴油機(jī)nox的后處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，lnt和scr仍是主流的技術(shù)路線，其中，scr技術(shù)又更為成熟，nox轉(zhuǎn)換更高，其應(yīng)用前景被普遍看好。無論是lnt技術(shù)還是scr技術(shù)，轉(zhuǎn)化過程都需要催化劑的參與，而催化劑的活性又與溫度有著密切關(guān)系，以試驗(yàn)用的銅鐵基scr系統(tǒng)為例，當(dāng)排氣溫度低于180℃時(shí)，scr的效率將大幅降低。隨著柴油機(jī)效率的提高，兩級(jí)增壓和低壓egr技術(shù)的應(yīng)用，柴油機(jī)的排氣溫度也越來越低，這給scr系統(tǒng)的應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，尤其是到了歐ⅵ階段，法規(guī)對發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)有明確要求，因而對后處理系統(tǒng)的熱管理技術(shù)進(jìn)行研究有重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對柴油機(jī)低負(fù)荷工況以及冷啟動(dòng)過程scr系統(tǒng)的低轉(zhuǎn)化效率問題，提供一種基于進(jìn)排氣系統(tǒng)的后處理器熱管理控制方法，能夠提高排氣溫度而提高后處理系統(tǒng)的nox轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的基于進(jìn)排氣系統(tǒng)的后處理器熱管理控制方法，包括以下步驟：步驟一，通過對測試循環(huán)和排氣溫度的分析確定原發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的工況點(diǎn)，并根據(jù)原發(fā)動(dòng)機(jī)在whtc測試循環(huán)中scr溫度的變化趨勢，確定循環(huán)在一定時(shí)間內(nèi)以內(nèi)達(dá)到的目標(biāo)溫度；步驟二，對原發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造：一種是用可變幾何截面渦輪增壓器代替固定幾何截面渦輪增壓器，另一種是在汽缸和固定幾何截面渦輪增壓器之間增加可變幾何截面渦輪增壓器；基于whtc測試循環(huán)研究可變幾何截面渦輪增壓器開度對scr溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定可變幾何截面渦輪增壓器開度對scr溫度的影響機(jī)理；步驟三，對原發(fā)動(dòng)機(jī)加裝可變氣門正時(shí)裝置，具體在汽缸進(jìn)氣門加裝進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)；基于whtc測試循環(huán)研究進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)對scr溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)對scr溫度的影響機(jī)理；步驟四，原發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)加裝可變幾何截面渦輪增壓器和進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)后，進(jìn)行whtc冷啟動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)步驟二確定的可變幾何截面渦輪增壓器開度對scr溫度的影響機(jī)理和步驟三確定的進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)對scr溫度的影響機(jī)理，同時(shí)改變可變幾何截面渦輪增壓器開度以及進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)，對兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行匹配工作，確定改裝后發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到步驟一的目標(biāo)溫度時(shí)最佳的可變幾何截面渦輪增壓器-進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)控制策略參數(shù)。步驟一中所述目標(biāo)溫度應(yīng)大于所加裝scr處理器的最小起燃溫度。步驟三中所述進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)包括液壓挺桿總成、壓力源和調(diào)節(jié)閥，所述液壓挺桿總成安裝于與凸輪軸相連接的推桿上，通過控制液壓油的流量使液壓挺桿總成上下滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)對于氣門正時(shí)的控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：(1)本發(fā)明中加裝了vgt，通過對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的靈活調(diào)控，可對汽缸內(nèi)燃燒溫度和排氣溫度產(chǎn)生重要作用，增大vgt開度在多方面提高汽缸內(nèi)燃燒溫度對提升后處理溫度有直接作用；(2)本發(fā)明加裝的rivct有很快的響應(yīng)速度，在一個(gè)循環(huán)內(nèi)即可切換使用，有效提高燃燒溫度和排氣溫度；(3)本發(fā)明通過比較不同vgt開度以及進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)對應(yīng)的scr溫升、溫度響應(yīng)速率以及對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定最佳vgt-rivct控制策略參數(shù)；發(fā)明通過vgt-rivct的協(xié)同控制策略實(shí)現(xiàn)控制進(jìn)氣量以及缸內(nèi)氣體熱容，可以顯著提高scr系統(tǒng)的溫度，使scr起燃時(shí)刻大幅提前，并且有快速的響應(yīng)效果；(4)本發(fā)明采用vgt與rivct技術(shù)的結(jié)合，通過改變充量熱容以及影響缸內(nèi)燃燒過程，提高scr溫度而提高后處理系統(tǒng)的nox轉(zhuǎn)化效率。附圖說明圖1是本發(fā)明同時(shí)加裝vgt和rivctd的后處理熱管理系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明試驗(yàn)工況下vgt開度對scr溫度的影響圖；圖3是本發(fā)明試驗(yàn)工況下vgt開度對bsfc的影響圖；圖4是本發(fā)明試驗(yàn)工況下rivct對scr溫度的影響圖；圖5是本發(fā)明scr溫度與后處理熱管理控制策略的影響圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。選擇性催化還原系統(tǒng)包括催化劑，其輔助排氣中氮氧化物的還原。催化劑在其達(dá)到稱作起燃溫度的工作溫度時(shí)有效地工作。隨著兩級(jí)增壓和低壓egr技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致現(xiàn)階段柴油機(jī)的排氣溫度大幅降低，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)階段，后處理scr系統(tǒng)效率明顯降低，導(dǎo)致排放惡化。歐ⅵ階段，排放法規(guī)對發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)有明確要求，因而對后處理系統(tǒng)的熱管理技術(shù)進(jìn)行研究有重要意義。本發(fā)明的基于進(jìn)排氣系統(tǒng)的后處理器熱管理控制方法，利用進(jìn)氣門晚管機(jī)構(gòu)(rivct)、可變幾何截面渦輪增壓器(vgt)、nox傳感器、溫度傳感器、以及scr后處理，建立scr熱管理模型，通過對進(jìn)氣側(cè)參數(shù)的調(diào)節(jié)對后處理器溫度進(jìn)行控制，從而使后處理系統(tǒng)高效運(yùn)行，具體包括以下步驟：步驟一，通過對測試循環(huán)和排氣溫度的分析確定原發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的工況點(diǎn)，并根據(jù)原發(fā)動(dòng)機(jī)在whtc測試循環(huán)中scr溫度的變化趨勢，確定循環(huán)在一定時(shí)間內(nèi)以內(nèi)達(dá)到的目標(biāo)溫度。所述目標(biāo)溫度應(yīng)大于所加裝scr處理器的最小起燃溫度。步驟二，如果原發(fā)動(dòng)機(jī)未配置可變幾何截面渦輪增壓器(vgt)，應(yīng)對原發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造：一種是用可變幾何截面渦輪增壓器(vgt)代替固定幾何截面渦輪增壓器(wgt)；另一種是進(jìn)行兩級(jí)增壓設(shè)置，保留固定幾何截面渦輪增壓器(wgt)的同時(shí)在汽缸和固定幾何截面渦輪增壓器(wgt)之間增加可變幾何截面渦輪增壓器(vgt)，改造方式根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型具體決定。vgt通過對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的靈活調(diào)控，可對汽缸內(nèi)燃燒溫度和排氣溫度產(chǎn)生重要作用，增大vgt開度在多方面提高汽缸內(nèi)燃燒溫度對提升后處理溫度有直接作用?；趙htc測試循環(huán)研究vgt開度對scr溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定vgt開度對scr溫度的相關(guān)影響機(jī)理，如vgt開度對scr溫升、溫度響應(yīng)速率以及對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。步驟三，對原發(fā)動(dòng)機(jī)加裝可變氣門正時(shí)裝置，具體在汽缸進(jìn)氣門加裝滑閥式兩模式進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)(rivct)，所述進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)(rivct)包括液壓挺桿總成、壓力源和調(diào)節(jié)閥，所述液壓挺桿總成安裝于與凸輪軸相連接的推桿上，通過控制液壓油的流量使液壓挺桿總成上下滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)對于氣門正時(shí)的控制。采用rivct推遲進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，部分進(jìn)入汽缸的空氣被上行的活塞推出，使得參與燃燒的空氣量減少，缸內(nèi)充量的總熱容量降低?；趙htc測試循環(huán)研究進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)(rivct)對scr溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定rivct對scr溫度的相關(guān)影響機(jī)理，如rivct對scr溫升、溫度響應(yīng)速率以及對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。步驟四，原發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)加裝vgt和rivct，通過控制進(jìn)氣量以及缸內(nèi)氣體熱容，可以顯著提高scr系統(tǒng)的溫度，并且使scr起燃時(shí)刻大幅提前。進(jìn)行whtc冷啟動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)步驟二確定的vgt開度對scr溫度的影響機(jī)理和步驟三確定的rivct對scr溫度的影響機(jī)理，同時(shí)改變vgt開度以及進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)，對兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行匹配工作，確定改裝后發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到步驟一的目標(biāo)溫度時(shí)最佳的vgt-rivct控制策略參數(shù)。實(shí)施例：圖1為本發(fā)明后處理熱管理系統(tǒng)示意圖，主要部件為發(fā)動(dòng)機(jī)，表1為本實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)，其燃燒空氣燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩?？諝獠捎迷鰤杭夹g(shù)或者自然吸氣方式通過入口被吸入進(jìn)氣歧管。本實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)的氣路系統(tǒng)采用兩級(jí)增壓系統(tǒng)和低壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(lp-egr)，兩級(jí)增壓系統(tǒng)的高壓級(jí)增壓器為可變幾何截面渦輪增壓器，低壓級(jí)增壓器為固定幾何截面渦輪增壓器，進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣被分配到汽缸中。進(jìn)氣門處安裝進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是滑閥式兩模式進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)(rivct)。盡管圖描繪了六個(gè)汽缸，但是本發(fā)明同樣適用于可包括更多或更少的汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。下表為本實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)，可以用作參考依據(jù)。作用采用的燃油系統(tǒng)最高共軌壓力為180mpa，燃燒室?guī)в衎ump環(huán)，燃燒技術(shù)運(yùn)用高密度低溫燃燒(hd-ltc)策略。本實(shí)施例采用的scr為銅鐵基scr催化轉(zhuǎn)化器，其允許的最低尿素噴射溫度為180℃。表1實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值缸徑(mm)126行程(mm)155排量(l)11.596壓縮比17:1進(jìn)氣渦流比1.2燃燒室敞口ω型(帶bump環(huán))進(jìn)氣方式增壓中冷噴油器孔數(shù)×孔徑×錐角8×0.217×143最高轉(zhuǎn)速(rpm)2200最大功率(kw)353(2100rpm)最大扭矩(nm)1970(1200-1500rpm)最高爆發(fā)壓力(mpa)16.5本發(fā)明首先確定需要縮短scr起燃時(shí)間的典型工況點(diǎn)，以確定該發(fā)明主要針對的負(fù)荷范圍。首先通過對測試循環(huán)和排氣溫度的分析確定了發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的工況點(diǎn)，并根據(jù)原發(fā)動(dòng)機(jī)在whtc測試循環(huán)中scr溫度的變化趨勢，確定了在循環(huán)第600s以內(nèi)達(dá)到的目標(biāo)溫度，該目標(biāo)溫度應(yīng)大于所加裝scr處理器的最小起燃溫度。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中提到的熱管理方法，需要對原機(jī)進(jìn)行技術(shù)改裝，保留固定幾何截面渦輪增壓器(wgt)的同時(shí)在汽缸和固定幾何截面渦輪增壓器(wgt)之間增加可變幾何截面渦輪增壓器(vgt)，本發(fā)明實(shí)施例中采用的是兩級(jí)增壓系統(tǒng)，低壓級(jí)采用wgt，高壓級(jí)采用vgt。vgt通過對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的靈活調(diào)控，可對缸內(nèi)燃燒溫度和排氣溫度產(chǎn)生重要作用。圖2所示為范例發(fā)動(dòng)機(jī)在1300rpm/25％負(fù)荷工況點(diǎn)(范例發(fā)動(dòng)機(jī)的典型工況點(diǎn))下vgt開度對scr溫度的影響圖。從圖中可以看到，隨著vgt開度的增大，減少進(jìn)氣量使得缸內(nèi)熱容量降低，當(dāng)燃燒放出的總熱量保持不變(循環(huán)油量不變)時(shí)，缸內(nèi)平均溫度得到顯著提升，較高的缸內(nèi)燃燒溫度對提升后處理溫度有直接作用。從圖2還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)vgt開度超過一個(gè)開度后，scr溫度隨vgt開度增大而上升的趨勢逐漸減緩，這主要是因?yàn)樵趘gt開度過大，進(jìn)氣量已基本減少到穩(wěn)定值，缸內(nèi)最高平均溫度的變化已經(jīng)非常小，所以需要其他輔助加熱措施。另外如圖3所示，在低負(fù)荷工況下，vgt開度的增大有利于油耗率的改善。對原發(fā)動(dòng)機(jī)加裝可變氣門正時(shí)裝置，具體在汽缸進(jìn)氣門加裝滑閥式兩模式進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)(rivct)，本專利采用的是滑閥式兩模式進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)(rivct)，在原機(jī)與凸輪軸相連接的推桿上加裝液壓挺桿總成，液壓挺桿總成包括由下至上一體形成的與發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸相連的推桿、油路結(jié)構(gòu)、油壓室，所述的油壓室內(nèi)設(shè)置有與氣門搖臂連接的活塞。所述的油路結(jié)構(gòu)中心形成有與油壓室相連通的油路，油路結(jié)構(gòu)的周邊形成有與油路連通的總成進(jìn)油孔、總成主泄油孔巧和總成次泄油孔，所述的油路內(nèi)由下至上設(shè)置有彈簧和內(nèi)閥芯，所述的推桿可以采用原發(fā)動(dòng)機(jī)推桿。通過控制液壓油的流量使液壓挺桿總成隨發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對于氣門正時(shí)的控制。利用rivct對缸內(nèi)燃燒溫度進(jìn)行調(diào)控，如圖4所示，rivct開啟后，減少的進(jìn)氣流量使得燃燒過程缸內(nèi)壓力大幅降低，缸內(nèi)平均燃燒溫度上升，使得rivct對scr溫度有重要影響。rivct可作為vgt技術(shù)的補(bǔ)充，當(dāng)vgt開度過大時(shí)，vgt對進(jìn)氣量的調(diào)節(jié)作用很小，大開度下采用rivct可使進(jìn)氣量進(jìn)一步減小，scr溫度得到進(jìn)一步提升。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行whtc冷啟動(dòng)試驗(yàn)，同時(shí)改變vgt開度以及進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)，對兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行匹配工作并且通過scr溫升、溫度響應(yīng)速率以及對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定最佳vgt-rivct控制策略參數(shù)。vgt-rivct策略對whtc循環(huán)scr溫度的影響如圖5所示，對比幾種熱管理策略，vgt-rivct控制策略均可以顯著提高scr系統(tǒng)的溫度，使scr起燃時(shí)刻大幅提前，并且有快速的響應(yīng)效果。以本實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)為例，將低負(fù)荷工況vgt開度增大10％～15％配合rivct的開啟，可以使scr起燃時(shí)刻提前至540s，實(shí)現(xiàn)了scr系統(tǒng)的快速起燃，使冷啟動(dòng)whtc測試循環(huán)nox的排放量由1.78g/kwh降低為0.929g/kwh，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗僅有1.4％左右的惡化。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的功能及工作過程進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體功能和工作過程，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12