[发明专利]一种基于氧传感器的柴油机尿素喷射控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于氧传感器的柴油机尿素喷射控制装置及方法，涉及柴油机后处理SCR控制技术。

背景技术

NOx和PM是柴油机的主要排放污染物，无法通过机内措施大幅度同时降低PM和NOx排放。为了满足日益严格的汽车尾气排放法规，一种大量采用的做法是先通过燃油喷射系统优化、喷射定时提前和增压中冷来把颗粒物降到适当的水平，这将导致尾气中NOx成分增多，再使用选择性催化还原技术即SCR来降低NOx排放。尿素水溶液在尾气高温下被转化为NH₃，然后在SCR箱中和NOx发生反应，将对人体和大气有害的NOx转化为无毒的N₂和H₂O，由于NH₃也是污染性气体，所以尿素喷射不能过量，需要根据排放物中NOx的浓度来控制尿素的喷射。

目前的柴油机ECU能够根据发动机进气量和实际喷油量以及当前发动机状态标定出SCR反应箱前发动机尾气中NOx的浓度，SCR的ECU基于发动机排出的NOx量，控制尿素水溶液喷射量。装有SCR尿素喷射系统的柴油车上会在SCR箱后的排气管上装有NOx传感器，用来测量SCR箱后废气中NOx的浓度，ECU基于这一信号修正尿素喷射模型，适应尿素反应箱的老化变动，实现尿素喷射的闭环控制，从而达到排放法规要求的NOx的排放水平。

安装在尿素箱后的NOx传感器是当前闭环控制的关键器件。NOx传感器价格昂贵，目前没有能够取代基于NOx传感器的尿素喷射控制反馈修正方法。对于柴油车SCR后处理尿素喷射系统，还无法做到降低经济成本的同时保证良好的排放水平。

发明内容

鉴于上述的采用SCR尿素喷射后处理技术的柴油机需要装有NOx传感器来实现尿素喷射闭环控制而引起的成本问题，本发明提出一种新的柴油机尿素喷射控制装置与方法，关键创新之处在于在SCR箱前后装上氧传感器，通过氧浓度传感器来分析尿素箱前后NOx的浓度。柴油机ECU根据发动机进气量和实际喷油量可以标定出SCR箱前柴油机直接排出的尾气中NOx浓度，但是由于发动机本体、燃油系统、增压器、中冷器等部件存在老化，燃烧存在和出厂初始状态不一致的问题，导致柴油机排出的尾气中NOx的量将出现变化，因此必须对初始的NOx预测量进行修正。本发明在SCR箱前增加一个氧浓度传感器，通过该氧浓度信号对尾气排放出的NOx标定值修正补偿，这样将获得准确的柴油机燃烧产生的NOx量，即可以精确确定需要通过SCR反应消除的NOx量，也就是可以根据SCR箱的反应效率计算出需要控制通过所喷的尿素量。由于SCR箱也存在反应效率的问题，并且这个反应效率随反应箱使用条件和时间也存在老化问题，因此本发明装置基于NOx在SCR箱反应时需要消耗氧气并且会引起反应箱后端废气中氧浓度的变化这一原理，在SCR箱后的尾气管上也装有一个氧传感器，用SCR箱后氧浓度传感器9的信号修正SCR反应对NOx的转化量，计算出SCR箱的反应效率，补偿尿素的喷射，实现基于SCR箱前后的氧传感器信号对尿素喷射的闭环控制。氧传感器的价格要远远低于NOx传感器的价格，本发明旨在用氧传感器信号控制柴油机尿素喷射这种新的控制方法来降低后处理系统的成本。

本发明采用如下技术方案：

一种基于氧传感器的尿素喷射控制装置，包括ECU1，尿素箱2，尿素泵3，尿素喷嘴4，SCR箱5，SCR箱前排气管6，SCR箱后排气管7，SCR箱前氧传感器8，SCR箱后氧传感器9。SCR箱5前端设置SCR箱前排气管6，后端设置有SCR箱后排气管7。在SCR箱5的进口处设置有尿素喷嘴4。尿素喷嘴4连接至尿素泵3，尿素泵3与尿素箱2相连。

在SCR箱前排气管6和SCR箱后排气管7上分别安装有SCR箱前氧传感器8和SCR箱后氧传感器9。

ECU1和尿素箱2连接，获取尿素箱的温度、液位信息，控制尿素箱2的工作条件；ECU1和尿素泵3以及尿素喷嘴4连接，结合ECU中的SCR箱前后的NOx修正算法控制尿素泵3和尿素喷嘴4工作，实现对NOx反应的闭环控制；ECU1和SCR箱前氧传感器8、SCR箱后氧传感器9连接，获取SCR箱前后的氧浓度信号。

ECU1是有尿素后处理系统的柴油机ECU，内有本发明所述的SCR箱前NOx修正算法；SCR箱后NOx修正算法。

ECU1和尿素箱2通过线束连接。

ECU1和尿素泵3以及尿素喷嘴4通过线束连接。

ECU1和SCR箱前氧传感器8、SCR箱后氧传感器9通过线束连接。