基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置。本實(shí)用新型專利技術(shù)中控制裝置設(shè)有CAN總線接口，單片機(jī)通過CAN總線接口與尿素泵信號(hào)連接；信號(hào)采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)。信號(hào)采集單元中的壓差傳感器、進(jìn)口NOx傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機(jī)信號(hào)連接，在催化反應(yīng)器和進(jìn)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(shí)用新型專利技術(shù)可以不改變?cè)械陌l(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，只需要在排氣管道上安裝六個(gè)傳感器就可以直接配置這一獨(dú)立的SCR控制裝置，完全與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器獨(dú)立。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于發(fā)動(dòng)機(jī)工程
，涉及一種基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置。
技術(shù)介紹
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，尾氣污染問題越來(lái)越突出，我國(guó)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(jìn)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(shì)，不僅有利于燃油的經(jīng)濟(jì)性,而且對(duì)硫的敏感性更低,更容易實(shí)現(xiàn)高的法規(guī)要求，SCR技術(shù)必將成為主流技術(shù)。我國(guó)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(cè)出的NOx濃度都是體積溶度，而尾氣的體積流量是無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)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(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)通訊來(lái)判斷車輛的運(yùn)行工況，直接查詢MAP圖進(jìn)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(lán)溶液，其與NOx進(jìn)行還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的NOx排放的目的。由于與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)進(jìn)行通訊，對(duì)于SCR控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)必須要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)接口參數(shù)進(jìn)行匹配，這無(wú)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(dòng)機(jī)的一一對(duì)應(yīng)性，這對(duì)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(dú)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(jì)性，可以很好的運(yùn)用到發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是提出基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置，而不需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)進(jìn)行通訊來(lái)判斷NOx排量，可以直接通過信號(hào)采集單元獲取所需各種參數(shù)，再通過MCU控制單元計(jì)算所需噴射的添藍(lán)溶液的量，使NOx達(dá)到法規(guī)要求。本技術(shù)包括信號(hào)采集單元、單片機(jī)及其外圍電路，控制裝置設(shè)有CAN總線接口，單片機(jī)通過CAN總線接口與尿素泵信號(hào)連接；信號(hào)采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)。所述的信號(hào)采集單元包括壓差傳感器、進(jìn)口 NOx傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)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(jìn)口 NOx傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機(jī)信號(hào)連接；所述的進(jìn)口溫度傳感器靠近催化反應(yīng)器，在催化反應(yīng)器和進(jìn)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(jī)信號(hào)連接。本技術(shù)的有益效果在于本技術(shù)以單片機(jī)和信號(hào)采集單元為主體，完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器的控制裝置，該裝置不需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制器進(jìn)行通訊來(lái)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)所需的添藍(lán)溶液的噴射量，而是直接通過信號(hào)采集單元來(lái)獲取尿素所需噴射量，并通過單片機(jī)CAN接口與尿素泵計(jì)量單元通訊來(lái)控制噴射添藍(lán)溶液所需量。這種方式不僅使得發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣參數(shù)獲取簡(jiǎn)單，而且解決了因不知道發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器的CAN接口參數(shù)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨意配置SCR系統(tǒng)的問題，可以不改變?cè)械陌l(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，只需要在排氣管道上安裝六個(gè)傳感器就可以直接配置這一獨(dú)立的SCR控制裝置，完全與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器獨(dú)立。附圖說(shuō)明圖I是SCR系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本技術(shù)獨(dú)立控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是本技術(shù)計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法原理圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)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技術(shù)的獨(dú)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(lán)溶液進(jìn)液管9、添藍(lán)溶液回流管10、尿素罐11、尿素泵12、發(fā)動(dòng)機(jī)15、SCR催化劑16。本技術(shù)的獨(dú)立SCR系統(tǒng)控制裝置包括壓差傳感器I、進(jìn)口 NOx傳感器2、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器3、進(jìn)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(dú)立控制單元MCU 14。圖2是本技術(shù)獨(dú)立控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。本技術(shù)獨(dú)立控制裝置包括單片機(jī)及外圍電路，其包括單片機(jī)基本系統(tǒng)、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)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(jī)完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(E⑶)，不需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)通訊獲取發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算所需添藍(lán)溶液的量，而是通過添加獨(dú)立的信號(hào)采集單元實(shí)時(shí)獲取尾氣的壓差、絕對(duì)壓強(qiáng)、溫度、NOx體積濃度等信號(hào)，并將這些信號(hào)數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)到擴(kuò)展存儲(chǔ)器中，單片機(jī)根據(jù)所設(shè)定的所需添藍(lán)溶液量的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算得出所需的添藍(lán)溶液噴射量，然后通過CAN接口輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給尿素泵的計(jì)量單元，計(jì)量單元定量控制噴射添藍(lán)溶液。由于單片機(jī)完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)，所以需要信號(hào)采集單元采集排氣管道中的壓差信號(hào)、絕對(duì)壓強(qiáng)信號(hào)、溫度信號(hào)、NOx濃度信號(hào)來(lái)代替目前SCR系統(tǒng)通過與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器(ECU)通訊獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)工作數(shù)據(jù)參數(shù)，信號(hào)采集單元還包括采集尿素罐的液位和溫度信號(hào)，這些信號(hào)還需要通過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行處理，再通過模擬量輸入接口傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。CAN總線接口電路是單片機(jī)與尿素泵、NOx傳感器之間信號(hào)傳輸?shù)耐緩健Ｄ蛩乇门c單片機(jī)可以通過CAN接口進(jìn)行相互通訊，達(dá)到實(shí)時(shí)的信號(hào)傳輸和反饋的效果。而NOx傳感器只能將信號(hào)傳輸給單片機(jī)并進(jìn)行處理計(jì)算。控制量輸出接口主要是輸出添藍(lán)溶液液位、低液位報(bào)警指示燈、尿素罐溫度以及冷卻液電磁閥開關(guān)控制信號(hào)。開關(guān)量輸入接口是采集車輛鑰匙開關(guān)信號(hào)，確定是否啟動(dòng)這一獨(dú)立的控制裝置。圖3是本技術(shù)計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法原理圖。本技術(shù)計(jì)算所需添藍(lán)溶液量的方法是基于壓差傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器、進(jìn)出口 NOx傳感器和單片機(jī)的所需添藍(lán)溶液量的計(jì)算方法。其步驟是第一步分別由各傳感器實(shí)時(shí)采集尾氣的壓差、絕對(duì)壓強(qiáng)、溫度、進(jìn)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(jī)。第二步由氣體狀態(tài)方程 m mPMPF=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(jī)根據(jù)絕對(duì)壓強(qiáng)和溫度按照所述密度公式計(jì)·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(jī)根據(jù)第二O = j_jz-W 4步計(jì)算出的尾氣密度以及所測(cè)量出的壓差值計(jì)算出尾氣體積流量。第四步單片機(jī)根據(jù)所測(cè)得的NOx體積濃度乘以第三步計(jì)算出的體積流量計(jì)算出NOx的體積數(shù)，再由氣體狀態(tài)方程PF= 直接計(jì)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(jì)算基本添藍(lán)溶液量公式 20m Mm = --^--，其中為NOx摩爾數(shù)，M為尿素摩爾質(zhì)量，m為添藍(lán)溶液量。單片機(jī)根據(jù) 13flmk公式及第四步中計(jì)算出來(lái)的NOx的摩爾數(shù)計(jì)算出所需要添藍(lán)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(jìn)行添藍(lán)溶液基本量的修正，并且由出口 NOx濃度來(lái)反饋調(diào)節(jié)實(shí)際所需的添藍(lán)溶液量，將實(shí)際所需的添藍(lán)溶液量信號(hào)由單片機(jī)發(fā)送給尿素泵計(jì)量單元進(jìn)行定量控制添藍(lán)溶液的噴射。本技術(shù)控制裝置硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)程序可以完全獨(dú)立于本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置，包括信號(hào)采集單元、單片機(jī)及其外圍電路,其特征在于：控制裝置設(shè)有CAN總線接口，單片機(jī)通過CAN總線接口與尿素泵信號(hào)連接；信號(hào)采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)；所述的信號(hào)采集單元包括壓差傳感器、進(jìn)口NOx傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)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(jìn)口NOx傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)口溫度傳感器依次設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與催化反應(yīng)器之間的排氣管道上，并與單片機(jī)信號(hào)連接；所述的進(jìn)口溫度傳感器靠近催化反應(yīng)器，在催化反應(yīng)器和進(jìn)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(jī)信號(hào)連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.基于NOx傳感器獨(dú)立的SCR系統(tǒng)控制裝置，包括信號(hào)采集單元、單片機(jī)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(jī)通過CAN總線接ロ與尿素泵信號(hào)連接；信號(hào)采集單元實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣所處的狀態(tài)，并將采集的狀態(tài)傳輸給單片機(jī)； 所述的信號(hào)采集單元包括壓差傳感器、進(jìn)ロ NOx傳感器、絕對(duì)壓強(qiáng)傳感器、進(jìn)ロ溫度傳感器、出口溫度傳感器、出口 NOx傳感器；所述壓差...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳鋒，范漢茂，姚棟偉，甘旭波，凌鑫晨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：