一種柴油機scr后處理穩態前饋控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于柴油機技術領域，具體涉及一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著排放法規的日益苛刻，選擇性催化還原SCR技術已成為重型柴油機的必選技術之一。SCR作為一種主動尾氣后處理技術，控制策略的優劣對其性能有顯著的影響。目前SCR控制策略主要是基于數據表MAP的控制。此種控制策略在穩態運行工況下可以實現較好的控制效果，但瞬態過渡工況中的控制效果很難達到預期。此外，基于MAP的控制策略還存在標定工作量、通用性差等問題。為此，需要建立一種即適合工程應用，又具有一定通用性，且標定工作量少的控制策略。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明旨在提出一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法，以代替純粹的基于MAP的計算流程，以此來提高策略的通用性，減少匹配標定工作量。
[0004]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:
[0005]—種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法，包括以下步驟:
[0006]1).獲取數據
[0007]獲取發動機當前轉速(rpm)、發動機當前扭矩/百分扭矩(Nm/% )、氣缸前進氣壓力(kPa)、氣缸前進氣溫度(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).建立數據流量計算模型，包括以下四部分:
[0009]a.排氣流量計算模型:
[0010]排氣流量計算模型主要用于計算發動機當前的排氣質量流量，此參數主要用于計算NOx的排放流量以及空燃比。在基于MAP的控制算法中，排氣流量通常由發動機當前轉速與噴油量的二維MAP查表得到。在本文的算法中，采用下式所示的關系計算得到:
[0011]rnExhGas — ΓΠ intAir+minjQ
[0012]式中:mExh(；asS發動機的實時排氣質量流量(kg/h)；
[0013]mIntAlr為發動機的實時進氣質量流量(kg/h)；
[0014]mInjQ為小時燃油消耗率(kg/h)；
[0015]在排氣流量特性模塊中，利用計算得到的進氣質量流量和小時燃油消耗率，可以計算實時空燃比:
[0016]AFR = mIntAir/mInjQ
[0017]b.原機排放特性預測模型
[0018]通過對原機NOx排放特性的預測采用基于MAP的預測與傳感器采集值相結合的方式建立原機排放特性預測模型；
[0019]c.催化器平均溫度模型
[0020]該催化器平均溫度模型用來評估催化器當前的實時平均溫度，根據基于催化入口與出口的溫度采集值來得到一個平均溫度，用來表征催化器當前的平均熱狀態。平均表征溫度的計算公式如下式所示:
[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(V )；
[0023]Tds,_s為催化器下游溫度傳感器采集信號(V )；
[0024]d.催化器穩態反應率預測模型
[0025]催化器穩態反應率指發動機處于穩態運行工況、催化器活性狀態基本穩態時，實際參與選擇性催化還原反應的NH3與噴射添藍的理論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的NH3摩爾流量(mmol/s) ;nNH3,dcis為噴射的添藍中的理論NH3摩爾流量(mmol/s)；
[0028]3).穩態前饋控制算法
[0029]利用步驟2)中各種模型的輸出結果計算穩態NH3噴射流量，理論需求的噴射流量的計算公式為:
[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 的摩爾質量(g/mol)；
[0034]NSR為氨氮比，對于化學當量比，其值為1 ;
[0035]4).根據理論需求噴射量和經過修正的目標轉化率，再結合催化器的實時NH3反應率，可以得到穩態噴射流量的最終計算公式為:
[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為修正后的目標轉化率(％ );
[0039]根據最終計算結果控制添藍噴射量。
[0040]進一步的，所述步驟1)中關于發動機各種參數數據的獲得通過車載CAN通信總線中獲取，關于催化器上上游溫度(°C )、催化器下游溫度(V )的獲得通過DCU傳感器采集。
[0041]相對于現有技術，本發明所述的一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法具有以下優勢:
[0042]本發明所述的一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法中，通過建立上述穩態前饋策略，進而確定了添藍的實際需求噴射量，為提高NOx轉化效率奠定了基礎。
【附圖說明】
[0043]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0044]圖1為本發明實施例所述的一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法穩態前饋控制框架；
[0045]圖2為本發明實施例所述的一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法原機排放特性預測模型圖；
[0046]圖3為本發明實施例所述的一種柴油機SCR后處理穩態前饋控制方法中穩態前饋控制算法流程圖。
【具體實施方式】
[0047]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0048]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“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重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。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或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0049]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0050]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0051]如圖1-圖3所示，本發明基本思想是從發動機主控制器獲取發動機實時運行信息，結合傳感器采集的信號，評估當前發動機的運行工況和催化器的活性狀態，確定實時的穩態添藍基本噴射量，見圖1所不。
[0052]穩態前饋控制策略的輸入信號有兩個部分:一是通過ISO J1939通信協議從車載CAN通信總線中獲取到的發動機實時運行數據，包括發動機當前轉速(rpm)、發動機當前扭矩/百分扭矩(Nm/% )、氣缸前進氣壓力(kPa)、氣缸前進氣溫度(V )、冷卻水溫(V )、增壓壓力(kPa)、大氣壓力(kPa);另一部分是通過DCU傳感器采集到的數據，包括催化器上游溫度(°C )、催化器下游溫度(°C )。
[0053]穩態前饋控制策略的算法流程主要分為排氣流量模型、原機排放特性預測模型、催化器平均溫度模型、催化器NH3反應率預測以及穩態前饋控制算法五個部分。
[0054]1、排氣流量計算模型
[0055]排氣流量計算模型主要用于計算發動機當前的排氣質量流量，此參數主要用于計算NOx的排放流量以及空燃比。在基于MAP的控制算法中，排氣流量通常由發動機當前轉速與噴油量的二維MAP查表得到。在本文的算法中，采用下式所示的關系計算得到:
[0056]rnExhGas 一 m intAir+minjQ
[0057]式中:mExh(；asS發動機的實時排氣質量流量(kg/h)；
[0058]mIntAir為發動機的實時進氣質量流量(kg/h)；
[0059]mInjQ為小時燃油消耗率(kg/h)。
[0060]在排氣流量特性模塊中，利用計算得到的進氣質量流量和小時