专利名称：用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法
技术领域：
本发明一般性地涉及柴油发动机的技术领域，更特别地涉及用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法。
背景技术：
柴油发动机自问世以来，凭借其良好的动力性、经济性和耐久性等优点，在各种动力装置、船舶和车辆上得到了广泛的应用。与汽油机相比，柴油发动机有很多优势废气排放降低，在车速较低时具有更有优势的加速性能，平均燃油消耗低，并且能提供更多的驾驶乐趣。然而，与同等功率的汽油机相比，微粒和氮氧化物排放是尾气排放中的两种最主要的污染物。。目前，降低汽车尾气排放以到达排放标准的技术通常是采用排气后处理的方式来降低污染物的排放量，而尿素选择性催化还原法(SCR)是最具现实意义的方法，它能有效地降低发动机尾气中的氮氧化物。在现有柴油发动机的SCR尿素计量喷射系统(在下文中，简称为尿素喷射系统) 中，对尿素压力的控制采用的是PID类型的控制策略，这需要进行大量的标定工作。此外， 基于现有的PID控制策略，在发动机的某些工况条件下，尿素压力的实际值同其目标值之间会产生较大的偏差，这导致了尿素喷射系统中尿素实际喷射量与尿素目标喷射量之间出现较大的误差，从而直接影响了发动机后处理SCR系统中氮氧化物的转化率。正是基于这个原因，开发先进的尿素喷射系统的尿素压力控制策略对提高发动机性能和减少标定工作而言是至关重要的。为此，本领域存在对尿素喷射系统的控制技术进行改进的需要
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法，以克服或者至少部分消除现有技术中存在的至少一些缺陷。根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备。该设备可以包括工况参数获取装置，配置用于获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；控制量确定装置，其与所述工况参数获取装置耦合，配置用于依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型， 来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及驱动信号确定装置，其与所述控制量确定装置耦合，配置用于根据确定的所述控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。在根据本发明的一个优选实施方式中，该设备可以进一步包括观测值确定装置， 其与所述工况参数获取装置和所述控制量确定装置耦合，配置用于依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。
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在根据本发明的又一优选实施方式中，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。在根据本发明的再一优选实施方式中，观测值确定装置可以进一步配置用于依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。在根据本发明的另一优选实施方式中，工况参数可以包括尿素泵柱塞冲程、尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。在根据本发明的又一优选实施方式中，物理模型可以通过以下各项来表征尿素泵尿素流入流量表达式；尿素泵尿素流出流量表达式；尿素泵腔内尿素压力表达式；尿素缓冲腔内尿素压力表达式；尿素缓冲腔尿素回流流量表达式；以及尿素喷射器尿素喷出流量表达式。在根据本发明的再一优选实施方式中，控制模型可以包括前馈控制器，所述控制量可以包括前馈控制分量。在根据本发明的另一优选实施方式中，所述前馈控制分量Off可以表示为
权利要求
1.一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备，其特征在于，包括 工况参数获取装置，配置用于获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；控制量确定装置，其与所述工况参数获取装置耦合，配置用于依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型， 来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及驱动信号确定装置，其与所述控制量确定装置耦合，配置用于根据确定的所述控制量， 来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括观测值确定装置，其与所述工况参数获取装置和所述控制量确定装置耦合，配置用于依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述观测值确定装置进一步配置用于 依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工况参数包括尿素泵柱塞冲程、尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、 尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述物理模型通过以下各项来表征 尿素泵尿素流入流量表达式；尿素泵尿素流出流量表达式； 尿素泵腔内尿素压力表达式； 尿素缓冲腔内尿素压力表达式； 尿素缓冲腔尿素回流流量表达式；以及尿素喷射器尿素喷出流量表达式。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制模型包括前馈控制器，所述控制量包括前馈控制分量。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述前馈控制分量ωρρ表示为
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述控制模型包括反馈控制器，所述控制量包括反馈控制分量。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述反馈控制分量ωΡΒ表示为
11.一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的方法，其特征在于，包括 获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及根据确定的所述控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以用于确定所述控制量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以用于确定所述控制量。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述工况参数包括尿素泵柱塞冲程、 尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。
16.根据权利要求11述的方法，其特征在于，所述物理模型通过以下各项来表征 尿素泵尿素流入流量表达式；尿素泵尿素流出流量表达式； 尿素泵腔内尿素压力表达式； 尿素缓冲腔内尿素压力表达式； 尿素缓冲腔尿素回流流量表达式；以及尿素喷射器尿素喷出流量表达式。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括前馈控制器，所述控制量包括前馈控制分量。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述前馈控制分量ωρρ表示为
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括反馈控制器，所述控制量包括反馈控制分量。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述反馈控制分量ωΡΒ表示为
全文摘要
公开了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法。该设备包括工况参数获取装置，用于获取与尿素喷射系统相关的工况参数；控制量确定装置，其与工况参数获取装置耦合，用于依据工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制尿素喷射系统的控制量，该控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及驱动信号确定装置，其与控制量确定装置耦合，用于根据确定的控制量，来确定用于驱动尿素泵驱动电机的驱动信号。根据本发明的实施方式适用于系统在任何工况下的工作过程，可实现较为精确的尿素喷射压力和快速响应，减少尿素压力与其目标值的偏差，减少标定工作量，并改善系统的功能。
文档编号F01N3/20GK102155279SQ20111010040
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者佟德辉, 孙少军, 孙永亮, 胡广地, 郭圣刚 申请人:潍柴动力股份有限公司