一種柴油機(jī)scr后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著排放法規(guī)的日益苛刻，選擇性催化還原SCR技術(shù)已成為重型柴油機(jī)的必選技術(shù)之一。SCR作為一種主動(dòng)尾氣后處理技術(shù)，控制策略的優(yōu)劣對(duì)其性能有顯著的影響。目前SCR控制策略主要是基于數(shù)據(jù)表MAP的控制。此種控制策略在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況下可以實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，但瞬態(tài)過(guò)渡工況中的控制效果很難達(dá)到預(yù)期。此外，基于MAP的控制策略還存在標(biāo)定工作量、通用性差等問(wèn)題。為此，需要建立一種即適合工程應(yīng)用，又具有一定通用性，且標(biāo)定工作量少的控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法，以代替純粹的基于MAP的計(jì)算流程，以此來(lái)提高策略的通用性，減少匹配標(biāo)定工作量。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法，包括以下步驟:
[0006]1).獲取數(shù)據(jù)
[0007]獲取發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速(rpm)、發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩/百分扭矩(Nm/% )、氣缸前進(jìn)氣壓力(kPa)、氣缸前進(jìn)氣溫度(V )、冷卻水溫(V )、增壓壓力(kPa)、大氣壓力(kPa)，采集催化器上游溫度(°C )、催化器下游溫度(°C );
[0008]2).建立數(shù)據(jù)流量計(jì)算模型，包括以下四部分:
[0009]a.排氣流量計(jì)算模型:
[0010]排氣流量計(jì)算模型主要用于計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的排氣質(zhì)量流量，此參數(shù)主要用于計(jì)算NOx的排放流量以及空燃比。在基于MAP的控制算法中，排氣流量通常由發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速與噴油量的二維MAP查表得到。在本文的算法中，采用下式所示的關(guān)系計(jì)算得到:
[0011]rnExhGas — ΓΠ intAir+minjQ
[0012]式中:mExh(；asS發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)排氣質(zhì)量流量(kg/h)；
[0013]mIntAlr為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)進(jìn)氣質(zhì)量流量(kg/h)；
[0014]mInjQ為小時(shí)燃油消耗率(kg/h)；
[0015]在排氣流量特性模塊中，利用計(jì)算得到的進(jìn)氣質(zhì)量流量和小時(shí)燃油消耗率，可以計(jì)算實(shí)時(shí)空燃比:
[0016]AFR = mIntAir/mInjQ
[0017]b.原機(jī)排放特性預(yù)測(cè)模型
[0018]通過(guò)對(duì)原機(jī)NOx排放特性的預(yù)測(cè)采用基于MAP的預(yù)測(cè)與傳感器采集值相結(jié)合的方式建立原機(jī)排放特性預(yù)測(cè)模型；
[0019]c.催化器平均溫度模型
[0020]該催化器平均溫度模型用來(lái)評(píng)估催化器當(dāng)前的實(shí)時(shí)平均溫度，根據(jù)基于催化入口與出口的溫度采集值來(lái)得到一個(gè)平均溫度，用來(lái)表征催化器當(dāng)前的平均熱狀態(tài)。平均表征溫度的計(jì)算公式如下式所示:
[0021 ] Tavg = T us_ sens+f (d Tds_ sens/Tus_ sens) (Tds_ sens-Tus_ sens)
[0022]式中:TUS,_S為催化器上游溫度傳感器采集信號(hào)(V )；
[0023]Tds,_s為催化器下游溫度傳感器采集信號(hào)(V )；
[0024]d.催化器穩(wěn)態(tài)反應(yīng)率預(yù)測(cè)模型
[0025]催化器穩(wěn)態(tài)反應(yīng)率指發(fā)動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況、催化器活性狀態(tài)基本穩(wěn)態(tài)時(shí)，實(shí)際參與選擇性催化還原反應(yīng)的NH3與噴射添藍(lán)的理論NH3含量之比，如下式所示:
[0026]γ = nNH3iScr/nNH3id0S
[0027]式中:nNH3,s?S參與選擇性催化還原反應(yīng)的NH3摩爾流量(mmol/s) ;nNH3,dcis為噴射的添藍(lán)中的理論NH3摩爾流量(mmol/s)；
[0028]3).穩(wěn)態(tài)前饋控制算法
[0029]利用步驟2)中各種模型的輸出結(jié)果計(jì)算穩(wěn)態(tài)NH3噴射流量，理論需求的噴射流量的計(jì)算公式為:
[0030]ΓΠΝΗ3, ratel — m NOx, us* (MnH3/Mn0x) *NSR
[0031]式中:mNH3,ratelS NH3的理論需求噴射流量(mg/s);
[0032]mN()x,u;^催化器入口的NOx排放流量(mg/s)；
[0033]MNH3為 NH3 的摩爾質(zhì)量(g/mol)；
[0034]NSR為氨氮比，對(duì)于化學(xué)當(dāng)量比，其值為1 ;
[0035]4).根據(jù)理論需求噴射量和經(jīng)過(guò)修正的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率，再結(jié)合催化器的實(shí)時(shí)NH3反應(yīng)率，可以得到穩(wěn)態(tài)噴射流量的最終計(jì)算公式為:
[0036]ΓΠΝΗ3, act — m NH3, ratel* ^ / Y
[0037]式中:mNH3,act為最終的NH3噴射流量(mg/s);
[0038]λ為修正后的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率(％ );
[0039]根據(jù)最終計(jì)算結(jié)果控制添藍(lán)噴射量。
[0040]進(jìn)一步的，所述步驟1)中關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)各種參數(shù)數(shù)據(jù)的獲得通過(guò)車載CAN通信總線中獲取，關(guān)于催化器上上游溫度(°C )、催化器下游溫度(V )的獲得通過(guò)DCU傳感器采集。
[0041]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法具有以下優(yōu)勢(shì):
[0042]本發(fā)明所述的一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法中，通過(guò)建立上述穩(wěn)態(tài)前饋策略，進(jìn)而確定了添藍(lán)的實(shí)際需求噴射量，為提高NOx轉(zhuǎn)化效率奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0043]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0044]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法穩(wěn)態(tài)前饋控制框架；
[0045]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法原機(jī)排放特性預(yù)測(cè)模型圖；
[0046]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種柴油機(jī)SCR后處理穩(wěn)態(tài)前饋控制方法中穩(wěn)態(tài)前饋控制算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0048]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0049]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過(guò)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0050]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0051]如圖1-圖3所示，本發(fā)明基本思想是從發(fā)動(dòng)機(jī)主控制器獲取發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，結(jié)合傳感器采集的信號(hào)，評(píng)估當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況和催化器的活性狀態(tài)，確定實(shí)時(shí)的穩(wěn)態(tài)添藍(lán)基本噴射量，見(jiàn)圖1所不。
[0052]穩(wěn)態(tài)前饋控制策略的輸入信號(hào)有兩個(gè)部分:一是通過(guò)ISO J1939通信協(xié)議從車載CAN通信總線中獲取到的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速(rpm)、發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩/百分扭矩(Nm/% )、氣缸前進(jìn)氣壓力(kPa)、氣缸前進(jìn)氣溫度(V )、冷卻水溫(V )、增壓壓力(kPa)、大氣壓力(kPa);另一部分是通過(guò)DCU傳感器采集到的數(shù)據(jù)，包括催化器上游溫度(°C )、催化器下游溫度(°C )。
[0053]穩(wěn)態(tài)前饋控制策略的算法流程主要分為排氣流量模型、原機(jī)排放特性預(yù)測(cè)模型、催化器平均溫度模型、催化器NH3反應(yīng)率預(yù)測(cè)以及穩(wěn)態(tài)前饋控制算法五個(gè)部分。
[0054]1、排氣流量計(jì)算模型
[0055]排氣流量計(jì)算模型主要用于計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的排氣質(zhì)量流量，此參數(shù)主要用于計(jì)算NOx的排放流量以及空燃比。在基于MAP的控制算法中，排氣流量通常由發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速與噴油量的二維MAP查表得到。在本文的算法中，采用下式所示的關(guān)系計(jì)算得到:
[0056]rnExhGas 一 m intAir+minjQ
[0057]式中:mExh(；asS發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)排氣質(zhì)量流量(kg/h)；
[0058]mIntAir為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)進(jìn)氣質(zhì)量流量(kg/h)；
[0059]mInjQ為小時(shí)燃油消耗率(kg/h)。
[0060]在排氣流量特性模塊中，利用計(jì)算得到的進(jìn)氣質(zhì)量流量和小時(shí)