專利名稱：一種基于氧傳感器的柴油機(jī)尿素噴射控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種基于氧傳感器的柴油機(jī)尿素噴射控制裝置及方法，涉及柴油機(jī)后處理SCR控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
NOx和PM是柴油機(jī)的主要排放污染物，無法通過機(jī)內(nèi)措施大幅度同時(shí)降低PM和NOx排放。為了滿足日益嚴(yán)格的汽車尾氣排放法規(guī)，一種大量采用的做法是先通過燃油噴射系統(tǒng)優(yōu)化、噴射定時(shí)提前和增壓中冷來把顆粒物降到適當(dāng)?shù)乃?，這將導(dǎo)致尾氣中NOx成分增多，再使用選擇性催化還原技術(shù)即SCR來降低NOx排放。尿素水溶液在尾氣高溫下被轉(zhuǎn)化為NH3,然后在SCR箱中和NOx發(fā)生反應(yīng)，將對(duì)人體和大 氣有害的NOx轉(zhuǎn)化為無毒的N2和H2O,由于NH3也是污染性氣體，所以尿素噴射不能過量，需要根據(jù)排放物中NOx的濃度來控制尿素的噴射。目前的柴油機(jī)ECU能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和實(shí)際噴油量以及當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)標(biāo)定出SCR反應(yīng)箱前發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中NOx的濃度，SCR的ECU基于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的NOx量，控制尿素水溶液噴射量。裝有SCR尿素噴射系統(tǒng)的柴油車上會(huì)在SCR箱后的排氣管上裝有NOx傳感器，用來測(cè)量SCR箱后廢氣中NOx的濃度，E⑶基于這一信號(hào)修正尿素噴射模型，適應(yīng)尿素反應(yīng)箱的老化變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)尿素噴射的閉環(huán)控制，從而達(dá)到排放法規(guī)要求的NOx的排放水平。安裝在尿素箱后的NOx傳感器是當(dāng)前閉環(huán)控制的關(guān)鍵器件。NOx傳感器價(jià)格昂貴，目前沒有能夠取代基于NOx傳感器的尿素噴射控制反饋修正方法。對(duì)于柴油車SCR后處理尿素噴射系統(tǒng)，還無法做到降低經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)保證良好的排放水平。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的采用SCR尿素噴射后處理技術(shù)的柴油機(jī)需要裝有NOx傳感器來實(shí)現(xiàn)尿素噴射閉環(huán)控制而引起的成本問題，本發(fā)明提出一種新的柴油機(jī)尿素噴射控制裝置與方法，關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于在SCR箱前后裝上氧傳感器，通過氧濃度傳感器來分析尿素箱前后NOx的濃度。柴油機(jī)ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和實(shí)際噴油量可以標(biāo)定出SCR箱前柴油機(jī)直接排出的尾氣中NOx濃度，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)本體、燃油系統(tǒng)、增壓器、中冷器等部件存在老化，燃燒存在和出廠初始狀態(tài)不一致的問題，導(dǎo)致柴油機(jī)排出的尾氣中NOx的量將出現(xiàn)變化，因此必須對(duì)初始的NOx預(yù)測(cè)量進(jìn)行修正。本發(fā)明在SCR箱前增加一個(gè)氧濃度傳感器，通過該氧濃度信號(hào)對(duì)尾氣排放出的NOx標(biāo)定值修正補(bǔ)償，這樣將獲得準(zhǔn)確的柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生的NOx量，即可以精確確定需要通過SCR反應(yīng)消除的NOx量，也就是可以根據(jù)SCR箱的反應(yīng)效率計(jì)算出需要控制通過所噴的尿素量。由于SCR箱也存在反應(yīng)效率的問題，并且這個(gè)反應(yīng)效率隨反應(yīng)箱使用條件和時(shí)間也存在老化問題，因此本發(fā)明裝置基于NOx在SCR箱反應(yīng)時(shí)需要消耗氧氣并且會(huì)引起反應(yīng)箱后端廢氣中氧濃度的變化這一原理，在SCR箱后的尾氣管上也裝有一個(gè)氧傳感器，用SCR箱后氧濃度傳感器9的信號(hào)修正SCR反應(yīng)對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化量，計(jì)算出SCR箱的反應(yīng)效率，補(bǔ)償尿素的噴射，實(shí)現(xiàn)基于SCR箱前后的氧傳感器信號(hào)對(duì)尿素噴射的閉環(huán)控制。氧傳感器的價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NOx傳感器的價(jià)格，本發(fā)明旨在用氧傳感器信號(hào)控制柴油機(jī)尿素噴射這種新的控制方法來降低后處理系統(tǒng)的成本。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置，包括E⑶1，尿素箱2，尿素泵3，尿素噴嘴4，SCR箱5，SCR箱前排氣管6，SCR箱后排氣管7，SCR箱前氧傳感器8，SCR箱后氧傳感器9。SCR箱5前端設(shè)置SCR箱前排氣管6，后端設(shè)置有SCR箱后排氣管7。在SCR箱5的進(jìn)口處設(shè)置有尿素噴嘴4。尿素噴嘴4連接至尿素泵3，尿素泵3與尿素箱2相連。在SCR箱前排氣管6和SCR箱后排氣管7上分別安裝有SCR箱前氧傳感器8和 SCR箱后氧傳感器9。E⑶I和尿素箱2連接，獲取尿素箱的溫度、液位信息，控制尿素箱2的工作條件；E⑶I和尿素泵3以及尿素噴嘴4連接，結(jié)合E⑶中的SCR箱前后的NOx修正算法控制尿素泵3和尿素噴嘴4工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx反應(yīng)的閉環(huán)控制；ECT1和SCR箱前氧傳感器8、SCR箱后氧傳感器9連接，獲取SCR箱前后的氧濃度信號(hào)。E⑶I是有尿素后處理系統(tǒng)的柴油機(jī)E⑶，內(nèi)有本發(fā)明所述的SCR箱前NOx修正算法；SCR箱后NOx修正算法。E⑶I和尿素箱2通過線束連接。E⑶I和尿素泵3以及尿素噴嘴4通過線束連接。E⑶I和SCR箱前氧傳感器8、SCR箱后氧傳感器9通過線束連接。由SCR箱前氧傳感器8將測(cè)得的SCR箱前氧濃度值傳入到ECUl中，由SCR箱后氧傳感器9將測(cè)得的SCR箱后氧濃度值4mm,傳入到ECUl中。再結(jié)合ECUl中可調(diào)用的根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)標(biāo)定的SCR箱前NOx濃度值標(biāo)定量，以及ECUl由輸入量進(jìn)氣量、過量空氣系數(shù)、空燃比得到的一定時(shí)間里進(jìn)入氣缸的氧氣物質(zhì)的量、燃油物質(zhì)的量11^1以及燃燒后廢氣物質(zhì)的量nexh。由以上測(cè)量量vO2JkbUm、以及ECUl調(diào)用量、nfuel、nexh可以計(jì)算出NOx濃度修正值

權(quán)利要求
1.一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置，其特征在于其包括E⑶(1)，尿素箱(2)，尿素泵(3)，尿素噴嘴(4)，SCR箱(5)，SCR箱前排氣管(6)，SCR箱后排氣管(7)，SCR箱前氧傳感器(8)，SCR箱后氧傳感器(9) ;SCR箱(5)前端設(shè)置SCR箱前排氣管(6)，后端設(shè)置有SCR箱后排氣管(7);在SCR箱(5)的進(jìn)口處設(shè)置有尿素噴嘴(4);尿素噴嘴(4)連接至尿素泵(3),尿素泵(3)與尿素箱(2)相連； 在SCR箱前排氣管(6)和SCR箱后排氣管(7)上分別安裝有SCR箱前氧傳感器(8)和SCR箱后氧傳感器(9)； E⑶(I)和尿素箱(2)連接，獲取尿素箱的溫度、液位信息，控制尿素箱(2)的工作條件；E⑶(I)和尿素泵(3)以及尿素噴嘴(4)連接，結(jié)合E⑶(I)中的SCR箱(5)前后的NOx修正算法控制尿素泵(3)和尿素噴嘴(4)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx反應(yīng)的閉環(huán)控制出⑶(I)和SCR箱前氧傳感器(8)、SCR箱后氧傳感器(9)連接，獲取SCR箱前后的氧濃度信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置，其特征在于ECU(O是有尿素后處理系統(tǒng)的柴油機(jī)ECU，內(nèi)有本發(fā)明所述的SCR箱前NOx修正算法；SCR箱后NOx修正算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置，其特征在于ECU(I)和尿素箱(2 )通過線束連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置，其特征在于ECU(I)和尿素泵(3)以及尿素噴嘴(4)通過線束連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置，其特征在于ECU(I)和SCR箱前氧傳感器(8 )、SCR箱后氧傳感器(9 )通過線束連接。
6.權(quán)利要求I至權(quán)利要求5任一權(quán)利要求所述的一種基于氧傳感器的尿素噴射控制裝置的控制方法，其特征在于由SCR箱前氧傳感器(8)將測(cè)得的SCR箱前氧濃度值傳入到E⑶(I)中，由SCR箱后氧傳感器(9)將測(cè)得的SCR箱后氧濃度值傳入到ECU (I)中；再結(jié)合ECU (I)中可調(diào)用的根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)標(biāo)定的SCR箱前NOx濃度值標(biāo)定量kMW，以及E⑶I由輸入量進(jìn)氣量、過量空氣系數(shù)、空燃比得到的進(jìn)入氣缸的氧氣物質(zhì)的量 燃油物質(zhì)的量nfuel以及燃燒后廢氣物質(zhì)的量nexh; 由以上測(cè)量量SCR箱前氧濃度值，、SCR箱后氧濃度值,以及ECUl調(diào)用量進(jìn)入氣缸的氧氣物質(zhì)的量"燃油物質(zhì)的量nfuel、燃燒后廢氣物質(zhì)的量nexh計(jì)算出NOx濃度修正值
全文摘要
一種基于氧傳感器的柴油機(jī)尿素噴射控制裝置及方法，涉及一種柴油機(jī)后處理SCR控制技術(shù)。所述裝置包括ECU，尿素箱，尿素泵，尿素噴嘴，SCR箱，SCR箱前排氣管，SCR箱后排氣管，SCR箱前氧傳感器，SCR箱后氧傳感器。本發(fā)明在在SCR箱前排氣管和SCR箱后排氣管上分別安裝有SCR箱前氧傳感器和SCR箱后氧傳感器；本發(fā)明用SCR箱前后氧濃度傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)尿素NH3噴射量的閉環(huán)控制。用SCR箱前的氧濃度傳感器信號(hào)對(duì)尾氣排放出的NOx標(biāo)定值修正補(bǔ)償；用SCR箱前、后氧濃度傳感器信號(hào)診斷SCR箱的反應(yīng)效率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)NH3噴射量的精確控制。氧傳感器價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NOx傳感器價(jià)格，本發(fā)明利用SCR箱前后氧傳感器信號(hào)控制尿素噴射旨在大幅度降低后處理系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)F01N3/20GK102900502SQ201210394738
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者仇滔, 雷艷, 李旭初, 彭璟 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)