CN106014571B - 发动机原机NOx值的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机原机NOx值的计算方法，包括两条路径；第一条路径，通过NOx传感器测量并修正后得到第一原机NOx值；第二条路径，通过发动机当前工况查询标定的原机基础NOx值MAP得到原机基础NOx值，并通过修正后得到第二原机NOx值；通过NOx路径选择模块在发动机当前工况下选择两条路径之一的输出作为原机NOx输出值。本发明能够为SCR尿素喷射系统提供准确的上游NOx值输入，进而进行精确的尿素喷射控制。

Description

发动机原机NOx值的计算方法

技术领域

本发明涉及发动机尾气处理技术领域，尤其是一种发动机原机NOx值的计算方法。

背景技术

目前，SCR（选择性催化还原）后处理技术是国四、国五及国六柴油机降低尾气中NOx（氮氧化物）的主要技术手段。如何准确地判断柴油机尾气中的NOx值，决定了SCR后处理控制系统能否准确地控制尿素喷射量，防止SCR转化效率不足或氨泄漏过多。因此，准确判断柴油机尾气中的NOx值至关重要。

一般而言，计算柴油机尾气中的NOx值有两种方法：第一种是通过在柴油机排气尾管上安装NOx传感器，用于测量柴油机尾气中的NOx浓度；第二种是通过模型标定得出原机排放的NOx浓度值或质量流量值。

第一种方法中，NOx传感器能够实时测量柴油机尾气中的NOx浓度值。基于NOx传感器的工作原理，NOx传感器工作温度需要大于一个最低阀值，在柴油机冷启动时，排气温度一般会低于这个阀值，因此NOx传感器不能够正常工作，SCR后处理控制单元就不能够获得柴油机的原机NOx浓度值。另外，NOx传感器只能够测量尾气中的NO，而尾气中还有少量的NO2无法通过传感器测量到。因此，仅仅使用NOx传感器测量原机NOx值存在一定弊端。

第二种方法是通过在发动机台架上标定原机NOx排放值MAP（脉谱表或脉谱图），控制器通过查询MAP得到每一发动机工况时的NOx排放值。目前，国四、国五的SCR控制策略中主要采用此方法。但到国六阶段，由于发动机EGR系统（EGR废气再循环系统）的影响，仅仅通过标定NOx值MAP是不准确的，需要考虑EGR率对NOx排放值的影响及其它影响因素。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种发动机原机NOx值的计算方法，综合考虑了NOx传感器测量值和标定的原机基础NOx值，根据发动机工况及传感器状态选择合适的NOx值输出，能够为SCR尿素喷射系统提供准确的上游NOx值输入，进而进行精确的尿素喷射控制。本发明采用的技术方案是：

一种发动机原机NOx值的计算方法，包括两条路径；

第一条路径，通过NOx传感器测量并修正后得到第一原机NOx值；

第二条路径，通过发动机当前工况查询标定的原机基础NOx值MAP得到原机基础NOx值，并通过修正后得到第二原机NOx值；

通过NOx路径选择模块在发动机当前工况下选择两条路径之一的输出作为原机NOx输出值。

进一步地，第一条路径具体包括：

首先NOx传感器信号处理模块接收NOx传感器输入的信号，并在本NOx传感器信号处理模块中对NOx传感器信号进行滤波处理得到滤波后的NOx传感器测量值；

然后对NOx传感器测量值进行排气背压修正和NO2系数修正，得到修正后的NOx传感器值作为第一原机NOx值。

具体地，第一条路径中，所述对NOx传感器测量值进行排气背压修正和NO2系数修正，具体包括：

1)获取排气背压修正系数：

NOx传感器处的排气背压通过环境压力值、柴油机氧化催化器DOC产生的压差值、柴油机颗粒捕集器DPF产生的压差值和选择性催化还原器SCR产生的压差值相加得到；

排气背压与NOx传感器输入值共同查询背压修正MAP得到排气背压对NOx测量信号的修正系数即排气背压修正系数；

2)获取NO2修正系数：

通过发动机转速、喷油量查询原机NO2/NOx比例MAP，能够得到原机NO2与NOx的比值关系；根据NO2/NOx比值和NOx传感器测量值共同查询NO2修正系数MAP，得到不同工况时的NO2修正系数；

3)第一条路径得到的修正后的NOx传感器值为滤波后的NOx传感器测量值乘以背压修正系数和NO2修正系数。

更进一步地，柴油机氧化催化器DOC产生的压差值、选择性催化还原器SCR产生的压差值通过发动机转速信号和喷油量信号分别查询DOC背压MAP表和SCR背压MAP表得到。

进一步地，第二条路径具体包括：

1）首先通过发动机转速、喷油量查询原机基础NOx值MAP，得到原机基础NOx值；

2）然后考虑过量空气系数λ、进气温度、发动机水温及大气湿度对原机基础NOx值的影响，得到NOx修正量；原机基础NOx值加上NOx修正量得到原机标定得到的稳态NOx值；

3）最后对稳态NOx值根据当前发动机转速、喷油量进行瞬态修正，得到瞬态修正后的NOx值即第二原机NOx值。

具体地，所述考虑过量空气系数λ、进气温度、发动机水温及大气湿度对原机基础NOx值的影响，得到NOx修正量，通过下述步骤获得：

λ偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询λ基准MAP得到λ基准值；发动机在运行时由于急加速的影响实际λ测量值与λ基准值会有一定偏差；λ测量值减去λ基准值得到λ偏差值，与原机基础NOx值一同查询λ偏差修正MAP得到NOx的λ偏差修正值；

进气温度偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询进气温度基准MAP得到进气温度基准值；进气温度测量值减去进气温度基准值得到进气温度偏差值，与原机基础NOx值一同查询进气温度偏差修正MAP得到NOx的进气温度偏差修正值；

发动机水温偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询发动机水温基准MAP得到发动机水温基准值；发动机水温测量值减去发动机水温基准值得到发动机水温偏差值，与原机基础NOx值一同查询发动机水温偏差修正MAP得到NOx的发动机水温偏差修正值；

大气湿度偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询λ基准MAP得到大气湿度基准值；大气湿度测量值减去大气湿度基准值得到大气湿度偏差值，与原机基础NOx值一同查询大气湿度偏差修正MAP得到NOx的大气湿度偏差修正值；

NOx的λ偏差修正值、NOx的进气温度偏差修正值、NOx的发动机水温偏差修正值、NOx的大气湿度偏差修正值相加得到NOx修正量。

具体地，所述的对稳态NOx值根据当前发动机转速、喷油量进行瞬态修正，具体包括：

通过发动机转速、喷油量查询瞬态滤波时间MAP得到不同工况时的瞬态滤波时间t，再将原机修正后的NOx值即稳态NOx值根据瞬态滤波时间t进行一阶滤波，得到瞬态修正后的NOx值。

进一步地，

所述NOx路径选择模块根据判断值判断最终原机NOx输出值来自第一条路径还是第二条路径；判断值取决于两个因素：1、通过发动机转速和喷油量查NOx传感器信号可信性MAP，得到当前工况下NOx传感器信号是否可信；2、NOx传感器状态量；若NOx传感器信号可信，且NOx传感器状态量表示NOx传感器处于正常工作状态，则原机NOx输出值来自第一条路径；其余情况原机NOx输出值来自第二条路径。

本发明的优点在于：

1）综合考虑了NOx传感器测量值和标定的原机基础NOx值，计算NOx值更准确。

2）综合考虑了各种修正因素保证了计算的NOx值准确性。

附图说明

图1为本发明的方法总体示意图。

图2为本发明的NOx传感器信号处理模块示意图。

图3为本发明的排气背压修正模块示意图。

图4为本发明的NO2修正模块示意图。

图5为本发明的原机基础NOx值模块示意图。

图6为本发明的原机NOx修正模块示意图。

图7为本发明的NOx瞬态修正模块示意图。

图8为本发明的NOx路径选择模块示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出的发动机原机NOx值的计算方法，以柴油机发动机为例进行说明，如图1所示，柴油机原机NOx值的计算路径有两条：

第一条路径，通过NOx传感器测量并修正后得到第一原机NOx值；

第二条路径，通过发动机当前工况查询标定的原机基础NOx值MAP得到原机基础NOx值，并通过修正后得到第二原机NOx值；

然后通过NOx路径选择模块判断发动机当前工况下选择两条路径之一的输出作为原机NOx输出值。

（一）第一条路径具体包括：

首先NOx传感器信号处理模块接收NOx传感器输入的信号，并在本NOx传感器信号处理模块中对NOx传感器信号进行滤波处理得到滤波后的NOx传感器测量值；如图2所示；

本发明中考虑了排气背压及NO2对NOx传感器的影响。研究表明不同的排气背压对NOx传感器测量值有一定的影响，因此要得到准确的NOx测量值，本发明中加入了排气背压的影响系数。

1）通过一个排气背压修正模块来获取排气背压修正系数；一般NOx传感器安装在柴油机尾气后处理单元之前，柴油机尾气后处理部件主要包括：DOC(柴油机氧化催化器)、DPF（柴油机颗粒捕集器）和SCR（选择性催化还原器）。忽略空管的影响，柴油机背压主要由尾气后处理单元产生，因此NOx传感器处的排气背压可通过环境压力值、DOC产生的压差值、DPF产生的压差值和SCR产生的压差值相加得到。其中DOC产生的压差值和SCR产生的压差值通过发动机转速信号和喷油量信号分别查询DOC背压MAP表和SCR背压MAP表得到，DPF产生的压差值通过DPF压差传感器直接测量得到，环境压力信号通过环境压力传感器测量得到。

排气背压与NOx传感器输入值共同查询背压修正MAP得到排气背压对NOx测量信号的修正系数即排气背压修正系数，如图3所示；

2）通过一个NO2修正模块来获取NO2修正系数：采用NO2修正模块主要原因是：NOx传感器原理所致使其在工作过程中假设所有氮氧化物都是NO，而实际情况是尾气中氮氧化物由NO和NO2组成，其中大约90%为NO，这样传感器测出的NOX值和实际存有偏差。因此考虑NO2补偿修正NOx传感器的测量值。NO2修正模块的计算逻辑是：通过发动机转速、喷油量查询柴油机原机NO2/NOx比例MAP，能够得到原机NO2与NOx的比值关系；根据NO2/NOx比值和NOx传感器测量值共同查询NO2修正系数MAP，得到不同工况时的NO2修正系数；如图4所示；

3)第一条路径得到的修正后的NOx传感器值为滤波后的NOx传感器测量值乘以背压修正系数和NO2修正系数。

（二）第二条路径具体包括：

1）引入原机基础NOx值模块；如图5所示：

通过发动机转速、喷油量查询原机基础NOx值MAP，得到原机基础NOx值（这是原机NOx标定值）；

通过发动机转速、喷油量查询原机NO2/NOx比例MAP，得到不同工况时的NO2/NOx比值，这个NO2/NOx比值可提供给第一条路径中的NO2修正模块；

2）引入原机NOx修正模块：

原机NOx修正模块主要考虑过量空气系数λ、进气温度、发动机水温及大气湿度对原机基础NOx值的影响，得到NOx修正量；具体逻辑如图6所示：

λ偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询λ基准MAP得到λ基准值；发动机在运行时由于急加速的影响实际λ测量值与λ基准值会有一定偏差；λ测量值减去λ基准值得到λ偏差值，与原机基础NOx值一同查询λ偏差修正MAP得到NOx的λ偏差修正值；

进气温度偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询进气温度基准MAP得到进气温度基准值；进气温度测量值减去进气温度基准值得到进气温度偏差值，与原机基础NOx值一同查询进气温度偏差修正MAP得到NOx的进气温度偏差修正值；

发动机水温偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询发动机水温基准MAP得到发动机水温基准值；发动机水温测量值减去发动机水温基准值得到发动机水温偏差值，与原机基础NOx值一同查询发动机水温偏差修正MAP得到NOx的发动机水温偏差修正值；

大气湿度偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询λ基准MAP得到大气湿度基准值；大气湿度测量值减去大气湿度基准值得到大气湿度偏差值，与原机基础NOx值一同查询大气湿度偏差修正MAP得到NOx的大气湿度偏差修正值；

NOx的λ偏差修正值、NOx的进气温度偏差修正值、NOx的发动机水温偏差修正值、NOx的大气湿度偏差修正值相加得到NOx修正量；

原机标定得到的稳态NOx值为原机基础NOx值加上NOx修正量。

3）考虑到发动机瞬态变化对原机NOx值的影响：即在相同发动机工况下瞬态变化与稳态时原机NOx值会有差别，因此本发明加入了NOx瞬态修正模块。首先通过发动机转速、喷油量查询瞬态滤波时间MAP得到不同工况时的瞬态滤波时间t，再将原机修正后的NOx值即上文的稳态NOx值根据瞬态滤波时间t进行一阶滤波，得到瞬态修正后的NOx值。如图7所示；

（三）NOx路径选择模块；

NOx路径选择模块根据判断值判断最终原机NOx输出值来自第一种路径还是第二种路径；判断值取决于两个因素：1、通过发动机转速和喷油量查NOx传感器信号可信性MAP，得到当前工况下NOx传感器信号是否可信；2、NOx传感器状态量；若NOx传感器信号可信，且NOx传感器状态量表示NOx传感器处于正常工作状态，则原机NOx输出值来自第一种路径；其余情况原机NOx输出值来自第二种路径。具体逻辑如图8所示。

Claims (6)

1.一种发动机原机NOx值的计算方法，其特征在于，包括两条路径；

第一条路径，通过NOx传感器测量并修正后得到第一原机NOx值；

第二条路径，通过发动机当前工况查询标定的原机基础NOx值MAP得到原机基础NOx值，并通过修正后得到第二原机NOx值；

通过NOx路径选择模块在发动机当前工况下选择两条路径之一的输出作为原机NOx输出值；

第一条路径具体包括：

首先NOx传感器信号处理模块接收NOx传感器输入的信号，并在本NOx传感器信号处理模块中对NOx传感器信号进行滤波处理得到滤波后的NOx传感器测量值；

然后对NOx传感器测量值进行排气背压修正和NO2系数修正，得到修正后的NOx传感器值作为第一原机NOx值；

第一条路径中，所述对NOx传感器测量值进行排气背压修正和NO2系数修正，具体包括：

1)获取排气背压修正系数：

NOx传感器处的排气背压通过环境压力值、柴油机氧化催化器DOC产生的压差值、柴油机颗粒捕集器DPF产生的压差值和选择性催化还原器SCR产生的压差值相加得到；

排气背压与NOx传感器输入值共同查询背压修正MAP得到排气背压对NOx测量信号的修正系数即排气背压修正系数；

2)获取NO2修正系数：

通过发动机转速、喷油量查询原机NO2/NOx比例MAP，能够得到原机NO2与NOx的比值关系；根据NO2/NOx比值和NOx传感器测量值共同查询NO2修正系数MAP，得到不同工况时的NO2修正系数；

3)第一条路径得到的修正后的NOx传感器值为滤波后的NOx传感器测量值乘以背压修正系数和NO2修正系数。

2.如权利要求1所述的发动机原机NOx值的计算方法，其特征在于：

柴油机氧化催化器DOC产生的压差值、选择性催化还原器SCR产生的压差值通过发动机转速信号和喷油量信号分别查询DOC背压MAP表和SCR背压MAP表得到。

3.如权利要求1或2所述的发动机原机NOx值的计算方法，其特征在于：

第二条路径具体包括：

1）首先通过发动机转速、喷油量查询原机基础NOx值MAP，得到原机基础NOx值；

2）然后考虑过量空气系数λ、进气温度、发动机水温及大气湿度对原机基础NOx值的影响，得到NOx修正量；原机基础NOx值加上NOx修正量得到原机标定得到的稳态NOx值；

3）最后对稳态NOx值根据当前发动机转速、喷油量进行瞬态修正，得到瞬态修正后的NOx值即第二原机NOx值。

4.如权利要求3所述的发动机原机NOx值的计算方法，其特征在于：

所述考虑过量空气系数λ、进气温度、发动机水温及大气湿度对原机基础NOx值的影响，得到NOx修正量，通过下述步骤获得：

λ偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询λ基准MAP得到λ基准值；发动机在运行时由于急加速的影响实际λ测量值与λ基准值会有一定偏差；λ测量值减去λ基准值得到λ偏差值，与原机基础NOx值一同查询λ偏差修正MAP得到NOx的λ偏差修正值；

进气温度偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询进气温度基准MAP得到进气温度基准值；进气温度测量值减去进气温度基准值得到进气温度偏差值，与原机基础NOx值一同查询进气温度偏差修正MAP得到NOx的进气温度偏差修正值；

发动机水温偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询发动机水温基准MAP得到发动机水温基准值；发动机水温测量值减去发动机水温基准值得到发动机水温偏差值，与原机基础NOx值一同查询发动机水温偏差修正MAP得到NOx的发动机水温偏差修正值；

大气湿度偏差修正：首先通过发动机转速及喷油量查询λ基准MAP得到大气湿度基准值；大气湿度测量值减去大气湿度基准值得到大气湿度偏差值，与原机基础NOx值一同查询大气湿度偏差修正MAP得到NOx的大气湿度偏差修正值；

NOx的λ偏差修正值、NOx的进气温度偏差修正值、NOx的发动机水温偏差修正值、NOx的大气湿度偏差修正值相加得到NOx修正量。

5.如权利要求3所述的发动机原机NOx值的计算方法，其特征在于：

所述的对稳态NOx值根据当前发动机转速、喷油量进行瞬态修正，具体包括：

通过发动机转速、喷油量查询瞬态滤波时间MAP得到不同工况时的瞬态滤波时间t，再将原机修正后的NOx值即稳态NOx值根据瞬态滤波时间t进行一阶滤波，得到瞬态修正后的NOx值。

6.如权利要求1所述的发动机原机NOx值的计算方法，其特征在于：

所述NOx路径选择模块根据判断值判断最终原机NOx输出值来自第一条路径还是第二条路径；判断值取决于两个因素：1、通过发动机转速和喷油量查NOx传感器信号可信性MAP，得到当前工况下NOx传感器信号是否可信；2、NOx传感器状态量；若NOx传感器信号可信，且NOx传感器状态量表示NOx传感器处于正常工作状态，则原机NOx输出值来自第一条路径；其余情况原机NOx输出值来自第二条路径。