基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法及控制裝置的製作方法
2023-09-22 02:39:50
專利名稱：基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法及控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種獨立的SCR系統控制方法及控制裝置，屬於發動機工程技術領域，能更好的適用於各種發動機型號，省去複雜的發動機通訊匹配工作。具體的講是基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法及控制裝置。
背景技術：
隨著汽車工業的快速發展，尾氣汙染問題越來越突出，我國的排放法規(法規規定的第IV階段和第V階段)也不斷嚴格，這就需要不斷的改進尾氣後處理技術，與EGR尾氣後處理技術相比，缸內優化燃燒+SCR尾氣後處理系統路線更具有優勢，不僅有利於燃油的經濟性,而且對硫的敏感性更低,更容易實現高的法規要求，SCR技術必將成為主流技術。我國SCR技術仍然處於起步階段，還有許多問題有待去解決。由於目前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行測量的，所以現有的SCR尾氣後處理方案技術原理是通過與發動機電子控制器(E⑶)通訊來判斷車輛的運行工況，直接查詢MAP圖進行判斷NOx排放量，根據NOx排放量在排氣道投放適量的添藍溶液，其與NOx進行還原反應，實現降低發動機尾氣的NOx排放的目的。由於與發動機電子控制器(E⑶)進行通訊，對於SCR控制系統來說必須要對發動機接口參數進行匹配，這無疑是增加了 SCR控制系統的開發的工作量以及與發動機的一一對應性，這對SCR控制系統的適用性受到了一定的限制。因此提出一種基於NOx傳感器獨立的SCR控制方法及控制裝置，可以有效的改善了 SCR控制系統的適用性和開發的經濟性，可以很好的運用到發動機尾氣後處理中。
發明內容
本發明的目的是提出基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法及控制裝置，而不需要通過與發動機電子控制器(E⑶)進行通訊來判斷NOx排量，可以直接通過信號採集單元獲取所需各種參數，再通過MCU控制單元計算所需噴射的添藍溶液的量，使NOx達到法規要求。本發明的技術方案本發明的基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法，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差，絕對壓強傳感器測量排氣管道的絕對壓強，溫度傳感器測量排氣管道的尾氣溫度以及尾氣進口 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MCU控制單元計算分別將壓強差轉換成排氣管道的尾氣體積流量，將絕對壓強和溫度用來計算尾氣的密度以及進口的NOx體積濃度，從而計算得到NOx的摩爾數。第三步通過由MCU控制單元計算得到的NOx的摩爾數與添藍溶液之間的化學反應關係得出需要噴射的添藍溶液基本量，再根據已知的相應溫度下催化劑轉化效率來修正其值。第四步由出口的NOx傳感器實時監測NOx濃度是否滿足所設定的濃度要求，將信號反饋給MCU控制單元並適量調節添藍溶液的噴射量，形成閉環控制。第五步由MCU控制單元將計算出來的所需噴射的添藍溶液量信號傳輸給尿素泵計量單元，計量單元按所需量通過噴嘴噴出添藍溶液來降低尾氣的NOx濃度，使之達到國IV標準甚至國V標準。為實現上述的基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法，還需要特定的控制裝置。一種實現上述方法的控制裝置主要包括信號採集單元、單片機及其外圍電路。信號採集單元主要包括壓差傳感器、進口 NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器。控制裝置設有CAN總線接口，單片機通過CAN總線接口與尿素泵進行通訊來控制添藍溶液量的噴射。信號採集單元實時採集發動機尾氣所處的狀態，並將採 集的狀態傳輸給單片機進行計算出所需的添藍溶液噴射量，這就不需要通過發動機電子控制器(ECU)的CAN總線接受發動機工作狀態的數據來判斷所需的添藍溶液噴射量，這樣就形成了基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制裝置。 本發明的優越性在於
(I)提出一種基於NOx傳感器獨立的SCR控制方法。這種方法是通過信號採集單元採集尾氣的壓差、絕度壓強、溫度、NOx濃度的參數，並將添藍溶液噴射量表達為這些參數的函數。因此，獨立的SCR控制系統只需簡單的通過信號採集單元採集的參數來控制添藍溶液的噴射量，將NOx排放的控制在法規要求範圍內。(2)提出了一種獨立的SCR控制方式。這種方式是設計以單片機和信號採集單元為主體的完全獨立於發動機電子控制器(ECU)的控制裝置，該裝置不需要通過與發動機的電子控制器(ECU)進行通訊來獲取發動機工作狀態的數據來預測所需的添藍溶液的噴射量，而是直接通過信號採集單元來獲取尿素所需噴射量，並通過單片機CAN接口與尿素泵計量單元通訊來控制噴射添藍溶液所需量。這種方式不僅使得發動機的尾氣參數獲取簡單，而且解決了因不知道發動機電子控制器(E⑶)的CAN接口參數而無法實現隨意配置SCR系統的問題，可以不改變原有的發動機控制系統的設計，只需要在排氣管道上安裝六個傳感器就可以直接配置這一獨立的SCR控制裝置，完全與發動機電子控制器(ECU)獨立。(3)提出一種計算所需添藍溶液量的方法。這種方法是以尾氣管道上的各種傳感器為基礎，通過絕對壓強傳感器和溫度傳感器進行計算尾氣的密度，以壓差傳感器測量來計算出尾氣的體積流量，再根據NOx傳感器測量的體積濃度計算出NOx實際的摩爾數以及相應溫度下的催化劑轉化效率來計算所需的添藍溶液噴射量。該方法可以在完全不知道發動機電子控制器(ECU)的CAN接口參數的情況下同樣計算出所需的添藍溶液的量，這就可以讓獨立的SCR控制裝置更具有適用性，可以很好地在各種發動機上進行配置。
圖I是SCR系統總體結構框圖。圖2是本發明獨立控制裝置結構原理圖。圖3是本發明計算所需添藍溶液量的方法原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。圖I是SCR系統的總體結構框圖。該總體結構框圖由SCR系統本身固有的裝置和本發明的獨立SCR系統控制裝置組成,SCR系統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、添藍溶液進液管9、添藍溶液回流管10、尿素罐11、尿素泵12、發動機15、SCR催化劑16。本發明的獨立SCR系統控制裝置包括壓差傳感器I、進口 NOx傳感器2、絕對壓強傳感器3、進口溫度傳感器4、出口溫度傳感器6、出口 NOx傳感器7、CAN總線13、獨立控制單元MCU 14。圖2是本發明獨立控制裝置結構原理圖。
本發明獨立控制裝置包括單片機及外圍電路，其包括單片機基本系統、外部擴展存儲器，CAN總線接口電路，開關量、模擬量輸入接口，控制量輸出接口。單片機完全獨立於發動機電子控制器(E⑶)，不需要通過與發動機電子控制器(ECU)通訊獲取發動機工作狀態數據來計算所需添藍溶液的量，而是通過添加獨立的信號採集單元實時獲取尾氣的壓差、絕對壓強、溫度、NOx體積濃度等信號，並將這些信號數據暫時存儲到擴展存儲器中，單片機根據所設定的所需添藍溶液量的計算方法進行計算得出所需的添藍溶液噴射量，然後通過CAN接口輸出相應的控制信號給尿素泵的計量單元，計量單元定量控制噴射添藍溶液。由於單片機完全獨立於發動機電子控制器(ECU)，所以需要信號採集單元採集排氣管道中的壓差信號、絕對壓強信號、溫度信號、NOx濃度信號來代替目前SCR系統通過與發動機電子控制器(ECU)通訊獲取的發動機工作數據參數，信號採集單元還包括採集尿素罐的液位和溫度信號，這些信號還需要通過信號調理電路進行處理，再通過模擬量輸入接口傳輸給單片機進行計算分析。CAN總線接口電路是單片機與尿素泵、NOx傳感器之間信號傳輸的途徑。尿素泵與單片機可以通過CAN接口進行相互通訊，達到實時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並進行處理計算。控制量輸出接口主要是輸出添藍溶液液位、低液位報警指示燈、尿素罐溫度以及冷卻液電磁閥開關控制信號。開關量輸入接口是採集車輛鑰匙開關信號，確定是否啟動這一獨立的控制裝置。圖3是本發明計算所需添藍溶液量的方法原理圖。本發明計算所需添藍溶液量的方法是基於壓差傳感器、絕對壓強傳感器、溫度傳感器、進出口 NOx傳感器和單片機的所需添藍溶液量的計算方法。其步驟是
第一步分別由各傳感器實時採集尾氣的壓差、絕對壓強、溫度、進口 NOx體積濃度、出口 NOx體積濃度參數，並將這些參數傳輸給單片機。第二步 由氣體狀態方程屍以及公式:推導出其中p為尾氣密度，p為壓強，M為尾氣
摩爾質量，R為氣體常數，T為尾氣溫度。單片機根據絕對壓強和溫度按照所述密度公式計算出尾氣密度。
第三步由伯努利方程
權利要求
1.基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法，其特徵在於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差，絕對壓強傳感器測量排氣管道的絕對壓強，溫度傳感器測量排氣管道的尾氣溫度以及尾氣進口 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MCU控制單元計算分別將壓強差轉換成排氣管道的尾氣體積流量，將絕對壓強和溫度用來計算尾氣的密度以及進口的NOx體積濃度，從而計算得到NOx的摩爾數； 第三步通過由MCU控制單元計算得到的NOx的摩爾數與添藍溶液之間的化學反應關係得出需要噴射的添藍溶液基本量，再根據已知的相應溫度下催化劑轉化效率來修正其值； 第四步由出口的NOx傳感器實時監測NOx濃度是否滿足所設定的濃度要求，將信號反饋給MCU控制單元並適量調節添藍溶液的噴射量，形成閉環控制； 第五步由MCU控制單元將計算出來的所需噴射的添藍溶液量信號傳輸給尿素泵計量單元，計量單元按所需量通過噴嘴噴出添藍溶液來降低尾氣的NOx濃度，使之達到國IV標準甚至國V標準。
2.一種實現上述方法的控制裝置包括信號採集單元、單片機及其外圍電路，其特徵在於控制裝置設有CAN總線接口，單片機通過CAN總線接口與尿素泵進行通訊來控制添藍溶液量的噴射；信號採集單元實時採集發動機尾氣所處的狀態，並將採集的狀態傳輸給單片機進行計算，得出所需的添藍溶液噴射量； 所述的信號採集單元包括壓差傳感器、進口 NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器；所述壓差傳感器、進口 NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器依次設置在發動機與催化反應器之間的排氣管道上，並與單片機信號連接；所述的進口溫度傳感器靠近催化反應器，在催化反應器和進口溫度傳感器之間還設置有噴嘴，所述的噴嘴與尿素泵的出口連接； 在催化反應器之後的排氣管道上設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傳感器與單片機信號連接。
全文摘要
本發明公開了一種基於NOx傳感器獨立的SCR系統控制方法及控制裝置。本發明中的信號採集單元主要包括壓差傳感器、進口NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口NOx傳感器。控制裝置設有CAN總線接口，單片機通過CAN總線接口與尿素泵進行通訊來控制添藍溶液量的噴射。信號採集單元實時採集發動機尾氣所處的狀態，並將採集的狀態傳輸給單片機進行計算出所需的添藍溶液噴射量。本發明可以不改變原有的發動機控制系統的設計，只需要在排氣管道上安裝六個傳感器就可以直接配置這一獨立的SCR控制裝置，完全與發動機電子控制器獨立。
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 優先權日2012年6月4日
發明者凌鑫晨, 吳鋒, 姚棟偉, 甘旭波, 範漢茂 申請人:浙江大學