重型柴油機(jī)的虛擬NOx傳感器

重型柴油機(jī)的虛擬NOx傳感器

對(duì)柴油機(jī)氮氧化合物（NOx）排放的控制，一直是汽車設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問(wèn)題。為滿足越來(lái)越嚴(yán)格的NOx排放法規(guī)要求，優(yōu)化柴油機(jī)及其后處理系統(tǒng)間的協(xié)作變得越來(lái)越重要。在這種背景下，如能實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)NOx排放的實(shí)時(shí)測(cè)量，則通過(guò)反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)各種運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而降低NOx排放。對(duì)NOx排放的測(cè)量常采用NOx傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于NOx傳感器需要能夠?qū)Ω邷嘏艢庵械腘Ox含量進(jìn)行測(cè)量，因此對(duì)其制造材料、技術(shù)和工藝要求都較高，導(dǎo)致NOx傳感器的成本較高，為了降低成本，開發(fā)設(shè)計(jì)了虛擬NOx傳感器。

該種虛擬NOx傳感器的設(shè)計(jì)原理是將測(cè)量的缸內(nèi)平均有效壓力作為主要輸入，通過(guò)查詢事先建立的NOx濃度特性圖計(jì)算出單個(gè)氣缸在一次燃燒循環(huán)中生成的NOx量，再通過(guò)代數(shù)疊加得到柴油機(jī)總的NOx排放量。通過(guò)試驗(yàn)將該虛擬NOx傳感器的測(cè)量值與物理NOx傳感器的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)時(shí)，選擇一臺(tái)排量為13L的6缸歐6重型柴油機(jī)，該柴油機(jī)每個(gè)氣缸均配備瑞士奇石樂(lè)（Kistler）公司生產(chǎn)的6125C壓電式壓力傳感器，以用于缸內(nèi)平均有效壓力的測(cè)量，且該傳感器的壓力測(cè)量范圍為0～30MPa。通過(guò)dSPACE MicroAutoBox工具箱開發(fā)相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行程序和瞬態(tài)運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。物理NOx傳感器采用日本堀場(chǎng)儀器（HORIBA）公司生產(chǎn)的MEXA 7000氣體分析儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx排放量的測(cè)量。將虛擬NOx傳感器測(cè)量的NOx排放量與物理NOx傳感器測(cè)量的NOx排放量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯示：兩種傳感器對(duì)NOx測(cè)量的結(jié)果相似。采用虛擬NOx傳感器，可使重型柴油機(jī)控制策略形成閉環(huán)反饋控制，形成的閉環(huán)反饋控制使控制響應(yīng)精度和響應(yīng)時(shí)間得到改善。此外，由于虛擬NOx傳感器不受硬件影響，因而可用于重型柴油機(jī)冷起動(dòng)條件下NOx排放量的測(cè)量。

Paul Mentink et al.SAE 2017-01-0951.

編譯：李臣