專利名稱：基于NOx傳感器獨立的SCR系統(tǒng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于發(fā)動機工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于NOx傳感器獨立的SCR系統(tǒng)控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，尾氣污染問題越來越突出，我國的排放法規(guī)(法規(guī)規(guī)定的第IV階段和第V階段)也不斷嚴(yán)格，這就需要不斷的改進尾氣后處理技術(shù)，與EGR尾氣后處理技術(shù)相比，缸內(nèi)優(yōu)化燃燒+SCR尾氣后處理系統(tǒng)路線更具有優(yōu)勢，不僅有利于燃油的經(jīng)濟性,而且對硫的敏感性更低,更容易實現(xiàn)高的法規(guī)要求，SCR技術(shù)必將成為主流技術(shù)。我國SCR技術(shù)仍然處于起步階段，還有許多問題有待去解決。由于目前NOx傳感器所測出的NOx濃度都是體積溶度，而尾氣的體積流量是無法直接進行測量的，所以現(xiàn)有的 SCR尾氣后處理方案技術(shù)原理是通過與發(fā)動機電子控制器(E⑶)通訊來判斷車輛的運行工況，直接查詢MAP圖進行判斷NOx排放量，根據(jù)NOx排放量在排氣道投放適量的添藍溶液，其與NOx進行還原反應(yīng)，實現(xiàn)降低發(fā)動機尾氣的NOx排放的目的。由于與發(fā)動機電子控制器(E⑶)進行通訊，對于SCR控制系統(tǒng)來說必須要對發(fā)動機接口參數(shù)進行匹配，這無疑是增加了 SCR控制系統(tǒng)的開發(fā)的工作量以及與發(fā)動機的一一對應(yīng)性，這對SCR控制系統(tǒng)的適用性受到了一定的限制。因此提出一種基于NOx傳感器獨立的SCR控制方法及控制裝置，可以有效的改善了 SCR控制系統(tǒng)的適用性和開發(fā)的經(jīng)濟性，可以很好的運用到發(fā)動機尾氣后處理中。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提出基于NOx傳感器獨立的SCR系統(tǒng)控制裝置，而不需要通過與發(fā)動機電子控制器(ECU)進行通訊來判斷NOx排量，可以直接通過信號采集單元獲取所需各種參數(shù)，再通過MCU控制單元計算所需噴射的添藍溶液的量，使NOx達到法規(guī)要求。本實用新型包括信號采集單元、單片機及其外圍電路，控制裝置設(shè)有CAN總線接口，單片機通過CAN總線接口與尿素泵信號連接；信號采集單元實時采集發(fā)動機尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機。所述的信號采集單元包括壓差傳感器、進口 NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器；所述壓差傳感器、進口 NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動機與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機信號連接；所述的進口溫度傳感器靠近催化反應(yīng)器，在催化反應(yīng)器和進口溫度傳感器之間還設(shè)置有噴嘴，所述的噴嘴與尿素泵的出口連接。在催化反應(yīng)器之后的排氣管道上設(shè)置有出口溫度傳感器和出口 NOx傳感器，所述的出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器與單片機信號連接。本實用新型的有益效果在于本實用新型以單片機和信號采集單元為主體，完全獨立于發(fā)動機電子控制器的控制裝置，該裝置不需要通過與發(fā)動機的電子控制器進行通訊來獲取發(fā)動機工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)來預(yù)測所需的添藍溶液的噴射量，而是直接通過信號采集單元來獲取尿素所需噴射量，并通過單片機CAN接口與尿素泵計量單元通訊來控制噴射添藍溶液所需量。這種方式不僅使得發(fā)動機的尾氣參數(shù)獲取簡單，而且解決了因不知道發(fā)動機電子控制器的CAN接口參數(shù)而無法實現(xiàn)隨意配置SCR系統(tǒng)的問題，可以不改變原有的發(fā)動機控制系統(tǒng)的設(shè)計，只需要在排氣管道上安裝六個傳感器就可以直接配置這一獨立的SCR控制裝置，完全與發(fā)動機電子控制器獨立。

圖I是SCR系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實用新型獨立控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是本實用新型計算所需添藍溶液量的方法原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。圖I是SCR系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。該總體結(jié)構(gòu)框圖由SCR系統(tǒng)本身固有的裝置和本實用新型的獨立SCR系統(tǒng)控制裝置組成，SCR系統(tǒng)本身固有的裝置包括尿素噴嘴5、尿素罐液位和溫度傳感器8、添藍溶液進液管9、添藍溶液回流管10、尿素罐11、尿素泵12、發(fā)動機15、SCR催化劑16。本實用新型的獨立SCR系統(tǒng)控制裝置包括壓差傳感器I、進口 NOx傳感器2、絕對壓強傳感器3、進口溫度傳感器4、出口溫度傳感器6、出口 NOx傳感器7、CAN總線13、獨立控制單元MCU 14。圖2是本實用新型獨立控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。本實用新型獨立控制裝置包括單片機及外圍電路，其包括單片機基本系統(tǒng)、外部擴展存儲器，CAN總線接口電路，開關(guān)量、模擬量輸入接口，控制量輸出接口。單片機完全獨立于發(fā)動機電子控制器(E⑶)，不需要通過與發(fā)動機電子控制器(ECU)通訊獲取發(fā)動機工作狀態(tài)數(shù)據(jù)來計算所需添藍溶液的量，而是通過添加獨立的信號采集單元實時獲取尾氣的壓差、絕對壓強、溫度、NOx體積濃度等信號，并將這些信號數(shù)據(jù)暫時存儲到擴展存儲器中，單片機根據(jù)所設(shè)定的所需添藍溶液量的計算方法進行計算得出所需的添藍溶液噴射量，然后通過CAN接口輸出相應(yīng)的控制信號給尿素泵的計量單元，計量單元定量控制噴射添藍溶液。由于單片機完全獨立于發(fā)動機電子控制器(ECU)，所以需要信號采集單元采集排氣管道中的壓差信號、絕對壓強信號、溫度信號、NOx濃度信號來代替目前SCR系統(tǒng)通過與發(fā)動機電子控制器(ECU)通訊獲取的發(fā)動機工作數(shù)據(jù)參數(shù)，信號采集單元還包括采集尿素罐的液位和溫度信號，這些信號還需要通過信號調(diào)理電路進行處理，再通過模擬量輸入接口傳輸給單片機進行計算分析。CAN總線接口電路是單片機與尿素泵、NOx傳感器之間信號傳輸?shù)耐緩?。尿素泵與單片機可以通過CAN接口進行相互通訊，達到實時的信號傳輸和反饋的效果。而NOx傳感器只能將信號傳輸給單片機并進行處理計算。控制量輸出接口主要是輸出添藍溶液液位、低液位報警指示燈、尿素罐溫度以及冷卻液電磁閥開關(guān)控制信號。開關(guān)量輸入接口是采集車輛鑰匙開關(guān)信號，確定是否啟動這一獨立的控制裝置。圖3是本實用新型計算所需添藍溶液量的方法原理圖。本實用新型計算所需添藍溶液量的方法是基于壓差傳感器、絕對壓強傳感器、溫度傳感器、進出口 NOx傳感器和單片機的所需添藍溶液量的計算方法。其步驟是第一步分別由各傳感器實時采集尾氣的壓差、絕對壓強、溫度、進口 NOx體積濃度、出口 NOx體積濃度參數(shù)，并將這些參數(shù)傳輸給單片機。第二步由氣體狀態(tài)方程
m mPM
PF=nRTlXR p,n = M=Ρ
摩爾質(zhì)量，R為氣體常數(shù)，T為尾氣溫度。單片機根據(jù)絕對壓強和溫度按照所述密度公式計·算出尾氣密度。第三步由伯努利方程Ip2 =AP以及流量公式推導(dǎo)出體積流量
24
I2ap—
^ fy ，其中D為排氣管道直徑，Λ P為壓差，Q為尾氣體積流量。單片機根據(jù)第二O = j_jz-
W 4
步計算出的尾氣密度以及所測量出的壓差值計算出尾氣體積流量。第四步單片機根據(jù)所測得的NOx體積濃度乘以第三步計算出的體積流量計算出NOx的體積數(shù)，再由氣體狀態(tài)方程PF= 直接計算出NOx摩爾數(shù)。第五步由化學(xué)反應(yīng)方程式關(guān)系可以得出計算基本添藍溶液量公式 20m M
m = --^--，其中為NOx摩爾數(shù)，M為尿素摩爾質(zhì)量，m為添藍溶液量。單片機根據(jù) 13flmk
公式及第四步中計算出來的NOx的摩爾數(shù)計算出所需要添藍溶液基本量，再根據(jù)已知的在相應(yīng)溫度下催化劑的轉(zhuǎn)化效率進行添藍溶液基本量的修正，并且由出口 NOx濃度來反饋調(diào)節(jié)實際所需的添藍溶液量，將實際所需的添藍溶液量信號由單片機發(fā)送給尿素泵計量單元進行定量控制添藍溶液的噴射。本實用新型控制裝置硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)程序可以完全獨立于發(fā)動機電子控制器(EOT)。這樣可以在完全不知道發(fā)動機電子控制器(E⑶)的CAN接口參數(shù)的情況下，只需要在排氣管道上加裝六個傳感器就可以直接配套安裝SCR系統(tǒng)，這完全省去了復(fù)雜的發(fā)動機電子控制器(E⑶)CAN接口參數(shù)的匹配工作。該裝置完全獨立于發(fā)動機電子控制器(ECU)，其功能是將來自信號采集單元的尾氣參數(shù)信號計算轉(zhuǎn)換成所需噴射添藍溶液量，通過控制執(zhí)行機構(gòu)控制添藍溶液投放量，將NOx排放控制在法規(guī)要求范圍內(nèi)，同時顯示SCR系統(tǒng)中尿素罐中的液位和溫度、控制尿素罐溶液的溫度以及低液位報警提示等，使SCR系統(tǒng)正確有序的工作。
權(quán)利要求1.基于NOx傳感器獨立的SCR系統(tǒng)控制裝置，包括信號采集單元、單片機及其外圍電路，其特征在于控制裝置設(shè)有CAN總線接ロ，單片機通過CAN總線接ロ與尿素泵信號連接；信號采集單元實時采集發(fā)動機尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機； 所述的信號采集單元包括壓差傳感器、進ロ NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進ロ溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器；所述壓差傳感器、進ロ NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進ロ溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動機與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機信號連接；所述的進ロ溫度傳感器靠近催化反應(yīng)器，在催化反應(yīng)器和進ロ溫度傳感器之間還設(shè)置有噴嘴，所述的噴嘴與尿素泵的出口連接； 在催化反應(yīng)器之后的排氣管道上設(shè)置有出ロ溫度傳感器和出ロ NOx傳感器，所述的出ロ溫度傳感器、出口 NOx傳感器與單片機信號連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于NOx傳感器獨立的SCR系統(tǒng)控制裝置。本實用新型中控制裝置設(shè)有CAN總線接口，單片機通過CAN總線接口與尿素泵信號連接；信號采集單元實時采集發(fā)動機尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機。信號采集單元中的壓差傳感器、進口NOx傳感器、絕對壓強傳感器、進口溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動機與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機信號連接，在催化反應(yīng)器和進口溫度傳感器之間還設(shè)置有噴嘴，噴嘴與尿素泵的出口連接。本實用新型可以不改變原有的發(fā)動機控制系統(tǒng)的設(shè)計，只需要在排氣管道上安裝六個傳感器就可以直接配置這一獨立的SCR控制裝置，完全與發(fā)動機電子控制器獨立。
文檔編號F01N9/00GK202611815SQ20122025791
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者吳鋒, 范漢茂, 姚棟偉, 甘旭波, 凌鑫晨 申請人:浙江大學(xué)