[发明专利]基于曲轴角速度传感器的柴油机NOx原始排放量预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及对柴油机排放NOx的预测，具体地指一种基于曲轴角速度传感器的柴油机NOx原始排放量预测方法。

背景技术

柴油机排气中含有NOx（氮氧化物）这种有害物质，NOx的主要成分是NO和NO₂。因此，柴油机的排放法规对NOx的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值，要求超过相应限值的车辆必须产生必要且有区别的反应动作，以此达到控制NOx排放的目的。

目前，SCR技术是柴油机控制NOx排放的主要技术手段，该技术手段利用尿素水溶液分解产生氨气，并且在SCR催化器的作用下，氨气与NOx发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入的尿素量不同，对NOx的排放量实现有效控制。SCR技术对尿素的喷射量进行控制的基本目标是：在某一工况下，使NOx排放污染物的转化效率大于一定的阈值，并且NH₃泄漏最大值控制在25ppm以下，建立精确控制添蓝喷射量的尿素计量控制策略。但是，在SCR系统中，对尿素喷射量的精确控制依赖于催化器上游和下游的NOx含量的测量准确性。出于排放法规的要求，催化器下游必须安装NOx传感器以满足车辆在使用过程中对NOx排放水平实时监测的目的，但NOx传感器价格昂贵，且响应时间较长。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于曲轴角速度传感器的柴油机NOx原始排放量预测方法，本发明方法通过对催化器上游的NOx浓度进行预估，能够准确的预估当前工况下发动机原始NOx排放量，避免了现有技术中使用NOx传感器的不足。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于曲轴角速度传感器的柴油机NOx原始排放量预测方法，包括以下步骤：

（1）将进气温度、进气压力、喷油提前角、喷油量和发动机转速5个参数与柴油机的燃烧模型相结合，得到缸压预估子模型，对当前工况下的缸压曲线和放热率曲线进行预估；

（2）通过预估的缸压曲线预估曲轴的角速度频谱；

（3）通过磁电传感器测出实际的曲轴角速度频谱；

（4）通过已知的发动机点火频率，对所述预估曲轴的角速度频谱和实际的曲轴角速度频谱进行相位比较，得出着火延迟期曲轴持续角修正因子和后燃期曲轴持续角的修正因子；

（5）通过喷油提前角、空燃比、着火延迟期曲轴持续角的标定参考值和着火延迟期曲轴持续角修正因子得到修正后的着火延迟期的曲轴持续角；以及通过喷油提前角、空燃比、后燃期曲轴持续角的标定参考值和后燃期曲轴持续角的修正因子得到修正后的后燃期的曲轴持续角；

（6）通过修正后的着火延迟期的曲轴持续角得到第一次修正后的缸压曲线和修正后的放热率曲线；

（7）以第一次修正后的放热率曲线为参比曲线，对第一次修正后的缸压曲线进行再次修正，得到第二次修正后的缸压曲线，将第二次修正后的缸压曲线、发动机转速、空燃比和修正后的后燃期的曲轴持续角作为NOx排放预估模型的输入，即可获得NOx的排放量。

本发明方法适用于安装有曲轴角速度传感器的柴油机，通过使用曲轴角速度传感器，结合柴油机的燃烧模型，对缸压曲线进行准确的预估，通过对缸压预估模型神经网络的训练，并基于曲轴角速度传感器测量值和燃烧模型对缸压曲线进行独立的反馈修正，同时对放热率曲线进行修正，并结合放热率曲线和缸压曲线的对应关系，将修正后的放热率曲线作为缸压修正的参比曲线，能迅速得到准确的缸压曲线，从而计算出柴油机的NOx排量放。

本发明方法对气缸压力进行实时修正和反馈调节，保证的缸压信号的可靠性；通过对放热率曲线单独修正得到修正后放热率曲线，再根据放热率曲线和缸压曲线的对应关系，将修正后的放热率曲线作为缸压修正的参比曲线，得到第二次修正的缸压曲线，起到了有效保证缸压曲线修正准确性的作用。本发明通过对缸压曲线和放热率曲线双向对比修正，大大提高了NOx排放预估模型的准确性。

相比现有技术中基于缸压传感器的虚拟NOx传感器，必须在发动机的实际使用过程中安装缸压传感器，本发明通过相对便宜而且简单的曲轴角速度传感器，解决了缸压传感器作为虚拟NOx传感器的输入信号来源的高成本问题，并且在精度、实时性和可靠性上有较大提升，实现了快速可靠的NOx排放预估。

附图说明

    图1是本发明方法的流程图；

图2是用于预测缸压曲线和放热率曲线的神经网络模型；

图3是本发明通过修正后的缸压曲线等参数预测NOx原始排放的神经网络模型；