专利名称：柴油机scr系统中使用的控制添蓝投放量的控制方法及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量的控制方 法及控制装置，属于柴油机工程技术领域，具体地讲是一种柴油机SCR 系统中添蓝流量控制方法及相应的添蓝投放控制装置。
技术背景节能和环保是我国以及当今世界的工业技术领域的两个重要主题。目 前，为了提高燃烧效率，柴油机燃烧室结构的优化技术已发挥到极致。 但因燃烧优化却相应地升高了柴油机的NOx的排放。我国对于柴油机的排放标准制定了相应的法规。为了满足法规的要 求，必须采取有效的技术措施，降低柴油机的NOx的排放。根据目前的 技术现状，要求柴油机达到(法规规定的第IV阶段和第V阶段)排放标 准，只能依靠机外后处理予以辅助。对于我国实际情况，普遍认为我国 重型柴油机实现第IV阶段标准的最佳技术路线是，通过优化燃烧，提高 燃烧效率并使颗粒物排放达到法规要求，然后使用选择性催化还原 (Selective Catalytic Reduction)技术，降低因燃烧优化而升高的NOx排 放，即安装SCR系统进行后处理的所谓"SCR方案"。SCR方案的技术原理是，根据柴油机的运行工况，在排气道投放适 量的添蓝(Adblue)溶液，其与NOx进行还原反应，实现降低NOx的 排放的目的。因此，添蓝投放量的控制方法，以及在线获取柴油机运行 工况参数以实施投放量控制的方法，是SCR系统的关键技术。 发明内容本发明的目的是设计一种柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量 的控制方法及控制装置，生成该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三 维矩阵，以在线获取柴油机实时运行工况参数，通过査询三维矩阵得到 实时添蓝投放量，以实施投放量控制。本发明的技术方案本发明的柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量的控制方法，其步骤是第一步分别由转速和负荷按步长划分，得到转速与负荷的二维网 格，以网格单元作为工况控制点；第二步根据万有特性数据中的转速、转矩、进气流量、排温、NOx 浓度和油耗数据，通过插值处理生成与步骤一中二维网格对应的转速、转矩、进气流量、排温、NOx浓度和油耗的以矩阵形式表示的万有特性;第三步通过第二步的以矩阵形式表示的万有特性得到对应工况控 制点上的排温和废气流量，进而获得对应的NOx转化率；第四步通过对应的NOx转化率和NOx浓度得到添蓝投放量，生 成该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵；第五步实时获得柴油机转速、转矩两个参数，由第四步的三维矩 阵査询对应该工况条件下的添蓝投放量，实施投放量控制。所述的柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量的控制方法，第一步中转速和负荷的步长划分是转速以小于等于200转/每分钟为步长划分，负荷以小于等于20%为步长划分。一种实现上述方法的控制装置，包括单片机及外围电路，控制装置设有CAN总线接口，单片机通过柴油机电子控制器ECU的CAN总线 接受柴油机工作状态的数据；存储器中存储该柴油机的转速、转矩和添 蓝投放量的三维矩阵。所述的控制装置中存储器的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵是 以转速小于等于200转/每分钟为步长，负荷以小于等于20%为步长划 分得到的转速与负荷的二维网格为基准的。本发明的优越性在于(1) 提出一种基于万有特性和转化率特性的控制方法。这种方法是 通过柴油机的万有特性建立以转速、转矩为坐标的控制点，并将添蓝流 量表达为转速、转矩的函数。因此，SCR系统只需简单地通过获取柴油 机转速和转矩，判断柴油机工况控制点，控制添蓝流量，将NOx排放的 控制在法规要求的范围内。(2) 提出一种可行的实现方式。这种方式是设计以单片机为主体构 成的与柴油机电子控制器(ECU)独立的控制装置，装置通过柴油机电 子控制器(ECU)的CAN总线接受柴油机工作状态的数据，获取转速 和转矩参数。由单片机根据柴油机转速和转矩控制添蓝流量。这种方式 不仅使得工况参数的获取简单，更主要是这种独立的方式，可以不改变 柴油机控制系统的原有设计，直接配置SCR系统。
图1是本发明控制方法原理逻辑框图。 图2是本发明控制装置结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。如图l:本发明的控制方法的基点是以柴油机的万有特性和NOx转换率特性作为已知条件。其步骤是第一步分别由转速和负荷按步长划分，得到转速与负荷的二维网 格，以网格单元作为工况控制点；第二步根据万有特性数据中的转速、转矩、进气流量、排温、NOx 浓度和油耗数据，通过插值处理生成与步骤一中二维网格对应的转速、 转矩、进气流量、排温、NOx浓度和油耗，即矩阵形式表示的的万有特 性；第三步通过第二步的矩阵形式的万有特性得到对应工况控制点上 的排温和废气流量，进而获得对应的NOx转化率；第四步通过对应的NOx转化率和NOx浓度量得到添蓝投放量，生成该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵；第五步实时获得柴油机转速、转矩两个参数，由第四步的三维矩阵査询对应该工况条件下的添蓝投放量，实施投放量控制。所述的转速和负荷的步长划分是转速以小于等于200转/每分钟为步长划分，负荷以小于等于20%为步长划分。图2是本发明控制装置结构原理图装置包括单片机及外围电路，包括单片机基本系统、外部扩展存储器，CAN总线接口，开关量、模拟量的输入接口，开关量、模拟量输出 接口。单片机通过柴油机电子控制器(ECU)的CAN总线接受柴油机工 作状态的数据；存储器中存储该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三 维矩阵。该三维矩阵是以转速小于等于200转/每分钟为步长，负荷以小 于等于20%为步长划分得到的转速与负荷的二维网格为基准的。单片机获取柴油机转速、转矩信号，通过转速、转矩和添蓝流量矩 阵，获取添蓝喷射量，然后输出相应的控制信号，控制定量给料单元向 柴油机排气管中喷射添蓝。CAN总线的主要功能是接收柴油机电子控制 器(ECU)的发送转速和转矩信号；同时也可以接受柴油机系统其它具 有CAN接口的传感器或仪表的数据；通过CAN总线可以向带CAN接 口的执行机构发送添蓝投放量控制信号，以及向具有CAN接口的仪表 发送状态显示数据。对于没有CAN总线的传感器、执行器即显示仪表，单片机可以通 过开关量和模拟量的输入接口，监测CSR系统运行状态，并通过开关量 和模拟量的输出接口相应的状态信息或报警信号。模拟量输入接口主要采集催化器入口和出口温度、添蓝罐液位和添 蓝温度等模拟信号。模拟量输出接口主要输出添蓝液位指示信号即状态报警指示灯等。开关量输入输出接口的功能是，采集钥匙开关信号，输出单片机控制防冻液电磁阀开闭信号；对于利用开关量或脉冲频率控制的添蓝投放 执行机构，则单片机可以利用PWM接口输出控制信号。其存储器单元分为程序存储器和数据存储器，数据存储器存放转速、 转矩和添蓝流量矩阵。根据本发明的提出的方法，控制装置应该设置CAN总线接口，通 过CAN总线接受柴油机电子控制器(ECU)提供的柴油机工作状态参 数(转速、转矩、冷却水温度等)。这样，可以使系统结构简单(不需要 安装转速，温度等与柴油机工作状态相关的传感器)。对于具有CAN接 口的投放装置，也可以通过CAN总线输出控制指令。根据本发明的提出的方法，控制装置硬件结构和系统程序可以独立 与柴油机电子控制器(ECU)。这样对于己经成熟的柴油机产品，在不改 变原来结构的前提下，直接配套安装SCR系统成为可能。该装置独立于柴油机电子控制器(ECU)，其功能是采集来自ECU 通过CAN总线提供的数据(柴油机的转速和转矩)，然后按照固化在其 内部的转速、转矩、添蓝流量矩阵，根据柴油机的运行工况(转速、转 矩)査找添蓝流量，通过控制执行机构控制添蓝投放量，将NOx排放的 控制在法规要求的范围内。根据本发明的提出的方法，也可直接用于柴油机电子控制器(ECU)中。本发明的核心是通过转速和转矩将柴油机的工况划分为有限的网 格，利用柴油机的万有特性和NOx转化率特性，通过线性插值的方法获 得该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵，通过查询三维矩阵 得到实时添蓝投放量。
权利要求
1.一种柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量的控制方法，其步骤是第一步分别由转速和负荷按步长划分，得到转速与负荷的二维网格，以网格单元作为工况控制点；第二步根据万有特性数据中的转速、转矩、进气流量、排温、NOX浓度和油耗数据，通过插值处理生成与步骤一中二维网格对应的转速、转矩、进气流量、排温、NOX浓度和油耗的以矩阵形式表示的万有特性；第三步通过第二步的以矩阵形式表示的万有特性得到对应工况控制点上的排温和废气流量，进而获得对应的NOX转化率；第四步通过对应的NOX转化率和NOX浓度得到添蓝投放量，生成该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵；第五步实时获得柴油机转速、转矩两个参数，由第四步的三维矩阵查询对应该工况条件下的添蓝投放量，实施投放量控制。
2. 根据权利要求1所述的柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量 的控制方法，其特征在于第一步中转速和负荷的步长划分是转速以 小于等于200转/每分钟为步长划分，负荷以小于等于20%为步长划分。
3. —种实现权利要求1或2方法的控制装置，装置包括单片机及外 围电路，其特征在于控制装置设有CAN总线接口，单片机通过柴油 机电子控制器ECU的CAN总线接受柴油机工作状态的数据；存储器中 存储该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵。
4. 根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于转速、转矩和添 蓝投放量的三维矩阵是以转速小于等于200转/每分钟为步长，负荷以小 于等于20%为步长划分得到的转速与负荷的二维网格为基准的。
全文摘要
本发明提供一种柴油机SCR系统中使用的控制添蓝投放量的控制方法及控制装置，先分别由转速和负荷按步长划分，得到转速与负荷的二维网格，以网格单元作为工况控制点；根据万有特性数据中的转速、转矩、进气流量、排温、NO<sub>X</sub>浓度和油耗数据，通过插值处理生成与步骤一中二维网格对应的转速、转矩、进气流量、排温、NO<sub>X</sub>浓度和油耗，即矩阵形式的万有特性；通过所得矩阵形式的万有特性得到对应工况控制点上的排温和废气流量，进而获得对应的NO<sub>X</sub>转化率；再通过对应的NO<sub>X</sub>转化率和NO<sub>X</sub>浓度得到添蓝投放量，生成该柴油机的转速、转矩和添蓝投放量的三维矩阵；用实时获得柴油机转速、转矩两个参数，查询上述三维矩阵，得出对应该工况条件下的添蓝投放量，实施投放量控制。
文档编号F01N9/00GK101245727SQ20081004711
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者林 吕, 喻方平 申请人:武汉添蓝发动机排放控制技术有限公司