CN110206623A - 一种发动机尾气后处理控制***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机尾气后处理控制***及控制方法，应用于尾气后的处理。控制***包括尾气后处理器、发动机电控单元、柴油喷射装置、尿素喷射装置、后处理电控单元。本发明的控制方法是依据不同的传感器实测值和发动机的工况参数，基于预先标定好的数据模型，完成DPF主动再生控制、DPF积灰清理、SCR尿素喷射控制和***故障诊断四项功能。本发明由软件***和硬件***构成，对MAP数据采用“瞬态分段线性插值算法”，很大程度上提高了计算精度和执行效率。对DPF压差传感器采用“压差动态积分、分时比对方法”，解决压差传感器因受多种因素影响而导致的压差值不稳定、波动大的情况，增强了尾气后处理***控制策略的鲁棒性，很大程度上减少再生的误判，从而减少不恰当的主动再生操作，节省油耗。

Description

一种发动机尾气后处理控制***及控制方法
技术领域
本发明属于柴油发动机技术领域，应用于尾气后处理***，主要涉及尾气排放控制技术路线“DOC+DPF+SCR”。
背景技术
为满足越来越严格的柴油机/车尾气排放标准，不但需要对柴油机/车的发动机技术进行创新改进，同时需要采用尾气后处理技术，确保污染物的排放值控制在合理的区间，消减柴油发动机排放污染物对环境的污染，满足法定尾气排放标准，改善环境空气质量。
环境保护部制定的《非道路移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求》(征求意见稿)增加了颗粒数PN的排放要求，其排放结果应不大于5×1012#/kWh，同时DPF再生时不能有明显可见烟，因此装用37kW至560kW柴油机的非道路移动机械应加装壁流式颗粒物捕集器DPF。目前37kW至75kW采用的关键技术路线有“EGR+DOC+DPF”。
本领域中，有关设备的英文名称：DOC——氧化催化器(Diesel OxidationCatalyst)，DPF——颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter)，SCR——选择性催化还原器(Selective Catalytic Reduction)。
DPF的主动再生：DPF中碳载量达到较高值，商用车一般为4～5g/L，排气阻力增大到足以影响发动机的油耗，发动机控制单元(ECU或者后处理控单元)通过改变发动机和后处理的工作状态，使DPF内的碳烟快速氧化去除的过程称为主动再生。主动再生根据再生过程中DPF入口的排气温度又分常规主动再生和低温主动再生。常规主动再生DPF入口温度通常达到600℃以上，低温主动再生DPF入口温度通常控制在500℃以下。常规主动再生过程发动机涡后排气温度需提高到300℃以上，然后通过安装在排气管上的HC喷射***喷油或高压共轨***的缸内后喷产生HC，在DOC上氧化后提高排气温度。低温主动再生可通过使用节气门和排气节流阀提高排气温度。
SCR***控制策略根据发动机工况参数和选择性催化还原器的状态以及排放控制目标决定尿素液的喷射量。控制模块的主要功能是根据发动机的运行工况和催化器的状态控制喷射***喷射适量的尿素液进入排气管。由于SCR催化器低温下可存储大量的氨(NH3，从低温到高温突变过程中这些氨会释放出来，这个过程任何闭环策略都无法控制，只采取反馈控制不能达到很好的效果，而且目前产品化的氮氧化物(NOx)传感器还存在对氨交叉敏感的问题，也就是在氨存在的情况下，会将NH3当作NOx，引起测量结果偏大，因而用作闭环控制还有些问题。氨传感器目前正在研制，还没有批产。在欧四阶段，欧洲SCR***都采用开环控制，取得很好的效果，而且开环控制是闭环控制的基础，SCR***闭环控制不能完全代替开环，即使采用闭环控制的***，也有一套开环控制策略作为备用，以防传感器失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种可解决上述问题的发动机尾气后处理控制***及控制方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种发动机尾气后处理控制***，包括尾气后处理器、发动机电控单元、柴油喷射装置、尿素喷射装置、后处理电控单元；
所述的尾气后处理器联接在排气管上，在尾气后处理器中，DOC、DPF、混合腔、SCR及消音装置从前至后依次封装；在尾气后处理器上安有数个传感器；所述的柴油喷射装置的喷射头安于DOC前端的排气管中，将柴油喷射到排气管中；所述的尿素喷射装置的喷射头安于混合腔中，将尿素喷射到位于SCR前端的混合腔中。
所述的传感器包括：DOC前级温度传感器、DOC后级温度传感器、DPF压差传感器、SCR前级温度传感器、NOx传感器、SCR后级温度传感器；所述的DOC前级温度传感器和DOC后级温度传感器分别安装在DOC前后端；所述的DPF压差传感器带有两个传感器，分别安装在DPF前后端，检测DPF进、出气间的压差；SCR前级温度传感器和SCR后级温度传感器分别安装在SCR前后端；NOx传感器安装在消音装置后端。
后处理电控单元中，主要功能模块有：MCU模块、数据存储模块、A/D模块、电源模块、CAN传输模块、低功率驱动模块。
电源模块与12V或24V直流供电装置连接，给MCU模块供+5V电源及给低功率驱动模块提供+5V电源；MCU模块和CAN传输模块建立物理双向连接进行发送和接收数据；MCU模块与低功率驱动模块建立物理连接，控制低功率驱动模块的驱动；MCU模块与数据存储模块建立物理双向连接，通过SPI协议把故障码和***运行关键参数写入到数据存储模块中或从数据存储模块中读取数据；MCU模块与A/D模块建立物理连接，实时循环采集各通道传感器信号；低功率驱动模块与尿素喷射装置建立物理连接，给尿素喷射装置的加热管提供电能；CAN传输模块与尿素喷射装置、NOx传感器、柴油喷射装置建立物理双向连接，进行发送和接收数据；CAN传输模块同时还与发动机电控单元2建立物理双向连接，进行发送和接收数据；A/D模块20与DOC前级温度传感器3、DOC后级温度传感器4、DPF压差传感器6、SCR前级温度传感器8、SCR后级温度传感器14、环境温度传感器16建立物理连接，实时采集各传感器的模拟信号。
第二方面，本发明提出一种发动机尾气后处理控制方法，依据不同的传感器实测值和发动机的工况参数，基于预先标定好的数据模型，完成DPF主动再生控制、DPF积灰清理、SCR尿素喷射控制和***故障诊断四项功能；
所述的四项功能为：
(1)、DPF主动再生控制
基于SCR算法策略和SCR控制策略，结合SCR前级温度传感器的实测值和SCR后级温度传感器的实测值的均值温度，采用高温尿素喷射策略或是低温尿素喷射策略；基于预先标定好的排气流量、积灰量和DPF压差修正系数关联关系模型，实时预测DPF压差修正系数并对DPF压差进行修正，再基于预先标定好的发动机排气流量、DPF压差和DPF碳载量的关联关系模型，实时预测DPF碳载量，如果检测出的DPF碳载量达到或超过DPF再生碳载量限值，则采用高温燃烧碳颗粒的方法进行DPF的主动再生；DPF主动再生过程中反复通过DOC前级温度传感器的实测值与DOC后级温度传感器的实测值计算DOC的前后温度差，基于催化氧化器DOC的前后温度差和预喷柴油模型计算获得喷油量；
(2)、DPF积灰清理
经过DPF主动再生之后，不能燃烧的成分形成灰滞留在DPF内部，积攒到一定量，需要周期性的积灰清理；
(3)、SCR尿素喷射控制
MCU模块里SCR控制策略分为SCR低温控制策略和SCR高温控制策略两种；当催化器SCR均值温度介于200℃至300℃之间采用SCR低温控制策略，当SCR均值温度大于300℃时采用SCR高温控制策略；
(4)、***故障诊断
监测上述各温度传感器的工作状态，一旦监测到故障则将故障码存储到数据存储模块中，供日后故障维修时再从数据存储模块里读取故障码；
本发明的有益效果为：本发明所述的一种发动机尾气后控制处理***及控制方法，由软件***和硬件***构成。针对功率在75kW至560kW的柴油发动机采用技术路线“DOC+DPF+SCR”，对MAP数据采用“瞬态分段线性插值算法”，进行DPF主动再生控制、DPF积灰清理警示、SCR尿素喷射控制和***故障诊断，很大程度上提高了计算精度和执行效率。对DPF压差传感器采用“压差动态积分、分时比对方法”，解决压差传感器因受多种因素影响而导致的压差值不稳定、波动大的情况，增强了尾气后处理***控制策略的鲁棒性，很大程度上减少再生的误判，从而减少不恰当的主动再生操作，有效的把污染物的排放值控制在合理的区间，消减非道路移动机械柴油发动机排放污染物对环境的污染，满足法定尾气排放标准，节省油耗，改善环境空气质量，使所述发动机尾气排放满足法规的排放限值要求。
附图说明
图1为本发明的发动机尾气后处理控制***示意图；
图2为本发明的发动机尾气后处理控制原理框图。
图中标记：尾气后处理器1，发动机电控单元2，DOC前级温度传感器3，DOC后级温度传感器4，柴油喷射装置5，DPF压差传感器6，尿素喷射装置7，SCR前级温度传感器8，NOx传感器9，DOC10，DPF11，混合腔12，SCR13，SCR后级温度传感器14，消音装置15，环境温度传感器16，后处理电控单元17，MCU模块18，数据存储模块19，A/D模块20，电源模块21，CAN传输模块22，低功率驱动模块23。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚直观，下面将结合本发明中的图1和图2，对本发明进行清楚、完整的描述。
第一方面，本发明提出一种发动机尾气后处理控制***，包括尾气后处理器1、发动机电控单元2、柴油喷射装置5、尿素喷射装置7、后处理电控单元17。
所述的尾气后处理器1联接在排气管上。在尾气后处理器1中，DOC10、DPF11、混合腔12、SCR13及消音装置15从前至后依次封装。在尾气后处理器1上安有数个传感器。所述的柴油喷射装置5的喷射头安于DOC10前端的排气管中，将柴油喷射到排气管中。所述的尿素喷射装置7的喷射头安于混合腔12中，将尿素喷射到位于SCR13前端的混合腔12中。
所述的传感器包括：DOC前级温度传感器3、DOC后级温度传感器4、DPF压差传感器6、SCR前级温度传感器8、NOx传感器9(氮氧化物传感器)、SCR后级温度传感器14。还包括环境温度传感器16。所述的DOC前级温度传感器3和DOC后级温度传感器4分别安装在DOC10前后端；所述的DPF压差传感器6带有两个传感器，分别安装在DPF11前后端，检测DPF11进、出气间的压差；SCR前级温度传感器8和SCR后级温度传感器14分别安装在SCR13前后端；NOx传感器9安装在消音装置15后端；环境温度传感器16安装在尾气后处理器1外部。
后处理电控单元17中，主要功能模块有：MCU模块18(MCU：微控制单元MicroController Unit)、数据存储模块19、A/D模块20、电源模块21、CAN传输模块22(CAN：控制器局域网络Controller Area Network)、低功率驱动模块23。其中，电源模块21与12V或24V直流供电装置连接，给MCU模块18供+5V电源及给低功率驱动模块23提供+5V电源。MCU模块18和CAN传输模块22建立物理双向连接并通过SAE J1939 CAN通讯协议进行发送和接收数据。MCU模块18与低功率驱动模块23建立物理连接，控制低功率驱动模块23的驱动。MCU模块18与数据存储模块19建立物理双向连接，通过SPI协议把故障码和***运行关键参数写入到数据存储模块19中或从数据存储模块19中读取数据。MCU模块18与A/D模块20建立物理连接，实时循环采集各通道传感器信号。低功率驱动模块23与尿素喷射装置7建立物理连接，给尿素喷射装置7的加热管提供电能。CAN传输模块22与尿素喷射装置7、NOx传感器9、柴油喷射装置5建立物理双向连接，通过SAE J1939 CAN通讯协议进行发送和接收数据。CAN传输模块22同时还与发动机电控单元2建立物理双向连接，通过SAE J1939 CAN通讯协议进行发送和接收数据。A/D模块20与DOC前级温度传感器3、DOC后级温度传感器4、DPF压差传感器6、SCR前级温度传感器8、SCR后级温度传感器14、环境温度传感器16建立物理连接，实时采集各传感器的模拟信号。
所述的MCU模块18主芯片采用MC9S12X型号单片机。
所述的CAN传输模块22主芯片采用的CAN总线驱动器为目前主流芯片TJA1040。
所述的电源模块21采用的型号为PKV 3211 P1 DC/DC Power Module。
所述的数据存储模块19主芯片采用的型号25AA256/25LC256 SPI SerialEEPROM。
所述的A/D模块20采用的型号ICL7104，该芯片是16位双积分型模/数变换器。
以上各模块型号只是实例之一，实际上，功能相同的其他型号的模块都可使用。
第二方面，本发明还提出一种发动机尾气后处理控制方法，是依据不同的传感器实测值和发动机的工况参数，基于预先标定好的数据模型，完成DPF主动再生控制、DPF积灰清理、SCR尿素喷射控制和***故障诊断四项功能。所述的预先标定好的数据模型指：DPF碳载量预测模型、DPF算法策略和DPF控制策略；排气流量、积灰量和DPF压差修正系数关联关系模型；SCR算法策略、SCR控制策略；发动机NOx原排模型、SCR特征模型、尿素喷射量算法；氨存储量与转化效率关系模型、运行转化效率模型，及DPF主动再生控制***和SCR尿素喷射控制***以程序代码方式，烧写到后处理电控单元17中的MCU模块18中的单片机MC9S12X里。在MCU模块18中烧写有下位机程序，下位机程序的DPF算法策略、DPF控制策略主要用于判断DPF载体是否被拆除、DPF载体是否严重堵塞、DPF载体是否温度过高、DPF是否需要主动再生，控制DPF主动再生过程。下位机程序的SCR算法策略、SCR控制策略根据发动机工况参数和SCR的状态以及排放控制目标决定尿素液的喷射量，根据NOx传感器9的反馈值实时纠正尿素喷射量，确保氮氧化物的排放符合法规的排放限制，不能造成氨的二次污染。下位机程序单片机功能配置和单片机外设配置是***必须且重要的功能，也是***得以正确运行的最基础的功能。下位机程序数据采集及处理，离不开***的运行传感器的数据，尤其是输出模拟信号的传感器，其信号容易受到外界的干扰而影响***的判断。对于DPF的判断非常依赖于压差传感器的采样值，而压差传感器受多种数据影响，信号波动比较大不稳定，导致频繁的误判断，本发明对压差传感器采用了“压差动态积分、分时比对方法”，很大程度上解决了频繁误判断问题，从而在恰当的时机进行DPF主动再生降低DPF再生油耗。
下面将紧紧围绕这四项功能，进行具体详细的描述。
(1)、DPF主动再生控制
DPF中碳载量达到5g/L，排气阻力增大到足以影响发动机的油耗，发动机电控单元2或者后处理电控单元17通过改变发动机和后处理的工作状态，使DPF内的碳烟快速氧化去除的过程称之为DPF主动再生。基于SCR算法策略和SCR控制策略，结合SCR前级温度传感器8的实测值和SCR后级温度传感器14的实测值的均值温度，采用高温尿素喷射策略或是低温尿素喷射策略；基于预先标定好的排气流量、积灰量和DPF压差修正系数关联关系模型，实时预测DPF压差修正系数并对DPF压差进行修正，再基于预先标定好的发动机排气流量、DPF压差和DPF碳载量的关联关系模型，实时预测DPF碳载量，如果检测出的DPF碳载量达到或超过DPF再生碳载量限值5g/L，则采用高温燃烧碳颗粒的方法进行DPF的主动再生。
DPF主动再生过程中反复通过DOC前级温度传感器3的实测值与DOC后级温度传感器4的实测值计算DOC的前后温度差，基于催化氧化器DOC的前后温度差和预喷柴油模型计算获得喷油量。将DOC后级温度传感器4的实测值控制在600℃至650℃。
基于发动机NOx原排模型、SCR特征模型、尿素喷射量算法和SCR的均值温度(SCR前级温度传感器8的实测值和SCR后级温度传感器14的实测值的均值温度)控制尿素的喷射量。当SCR的均值温度在200℃至300℃采用低温尿素喷射策略，当SCR的均值温度大于300℃时采用高温尿素喷射策略。
因为DPF主动再生是周期性的，所以判断DPF主动再生时机是非常重要的环节。DPF主动再生的过早，将增加DPF的主动再生次数，从而增加了DPF主动再生的油耗，降低发动机的燃油经济性。如果DPF主动再生的过晚，由于DPF中捕集累积的碳烟过多，造成发动机背压升高使得发动机的工作性能降低，同时由于DPF中捕集累积的碳烟过多，碳烟氧化燃烧过于剧烈，释放热量的速度过快，导致DPF内部温度过高，导致DPF载体被烧毁，降低DPF的可靠性和耐久性。一般DPF陶瓷载体超过700℃非常容易炸裂损毁。
DPF主动再生时机判断方法：先通过A/D模块20和MCU模块18实时获得DPF压差传感器6实测值，再基于MCU模块18里预先标定好的排气流量、积灰量和DPF压差修正系数关联关系模型，实时预测DPF压差修正系数并对DPF压差进行修正，然后利用修正后的DPF压差值，再基于MCU模块18里预先标定好的发动机排气流量、DPF压差和DPF碳载量的关联关系模型，实时获得DPF碳载量。基于获得的DPF碳载量，当达到本实施例预先设定的DPF再生碳载量限值45g时，对DPF进行下一次主动再生，具体包括：
在DPF再生过程中，通过A/D模块20和MCU模块18实时获得DOC后级温度传感器4的实测值，如果此值小于600℃则需要控制柴油喷射装置5往发动机尾气排气管里喷射适量柴油以提高尾气的HC(碳氢化物Hydrogen Carbonide)浓度，增强DOC10的氧化反应程度，通过DOC10对HC的氧化反应释放的热值高且浓度大，从而提高DOC10的出口温度，可高达650℃左右。所述柴油喷射装置5具体控制：通过A/D模块20和MCU模块18实时获得DOC前级温度传感器3和DOC后级温度传感器4的实测值，并计算DOC10两端温度的差值，然后基于氧化催化器DOC10两端温度的差值和MCU模块18里的再生喷油模型，计算获得再生预喷油量，由MCU模块18里的DPF控制策略控制柴油喷射装置5往发动机尾气排气管里喷射再生预喷油量值的柴油以提高尾气的HC浓度。
当DOC后级温度传感器4的实测值大于等于650℃后，控制柴油喷射装置5停止喷油，防止DPF内部温度过高，导致DPF载体被烧毁，降低DPF的可靠性和耐久性。当DOC后级温度传感器4的实测值大于等于600℃后，DPF11再生过程开始，此时DPF11捕集累积的碳烟在高温下氧化燃烧成气态物质排出，从而实现DPF的再生，由MCU模块18里的DPF算法策略和DPF控制策略将DPF的入口气流温度控制在600℃至650℃并且持续25至30分钟即可完成本次DPF再生。如此循环操作，完成周期性DPF主动再生操作。
(2)、DPF积灰清理
DPF11捕集累积的颗粒物中的碳烟可以通过DPF主动再生解决掉，但是经过DPF主动再生之后，不能燃烧的成分形成灰(主要为润滑油添加剂燃烧后形成金属氧化物)滞留在DPF11内部，积攒到30g/L会造成DPF气流阻力过大，发动机背压升高使得发动机的工作性能降低。所以需要周期性的清理DPF11中累积的灰分操作即周期性DPF积灰清理。所述周期性DPF积灰清理，因其具有周期性，所以判断DPF积灰清理时机是非常重要的环节。DPF积灰清理的过早，将增加DPF的积灰清理次数，从而增加了DPF的拆卸清理积灰工作量。如果DPF积灰清理的过晚，由于颗粒捕集器DPF11中累积的灰分过多，造成发动机背压升高使得发动机的工作性能降低。
所述DPF积灰清理时机判断方法：首先基于MCU模块18里的DPF积灰量预测模型实时估算DPF11中的积灰量，然后基于MCU模块18里的DPF控制策略判断DPF11设定的积灰量是否超过预设限值270g，如果DPF11估算的积灰量大于等于270g时，即报警提示，需要拆卸颗粒捕集器DPF11并进行积灰清理操作。如此循环操作，完成周期性DPF积灰清理操作。
(3)、SCR尿素喷射控制
SCR为选择性催化还原技术，主要利用尿素为还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水，达到降低NOx排放的目的。SCR13是涂覆有催化剂的载体，尿素喷射装置7往混合腔12里喷射雾状尿素水溶液为还原剂。本实例使用的尿素水溶液是柴油机车专用的32.5％的尿素水溶液。所述尿素喷射装置7往混合腔12里喷射雾状尿素水溶液，其喷射的尿素量十分关键，若喷射的尿素量过低就起不到理想的降低NOx排放的作用，若是喷射的尿素量过高反而会造成NH3的泄漏，造成新的污染。由于选择性催化还原器13随催化器SCR均值温度不同，其对NOx的转换效率不同，所以把MCU模块18里SCR控制策略分为SCR低温控制策略和SCR高温控制策略两部分进行分别介绍。
在介绍SCR低温控制策略和SCR高温控制策略实施方法之前，先介绍SCR均值温度，它是通过A/D模块20和MCU模块18实时获得SCR前级温度传感器8和SCR后级温度传感器14的实测值，并计算SCR13两端温度平均值。而SCR均值温度是判断采用SCR低温控制策略还是采用SCR高温控制策略的重要依据。
当SCR均值温度介于200℃至300℃之间采用SCR低温控制策略，具体包括：
先通过CAN传输模块22和MCU模块18实时获得发动机电控单元2读取发动机的实时运行工况参数：转速、油门开度、进气总管压力、进气总管温度和扭矩，再通过MCU模块18里的发动机NOx原排模型数据、MCU模块18里的SCR特征模型数据，然后基于MCU模块18里的SCR算法策略，实时估算当前尿素水溶液喷射量。
由MCU模块18里的SCR控制策略功能模块，控制尿素喷射装置7往混合腔12里连续喷射雾状尿素水溶液，具体喷射量为实时估算的尿素水溶液喷射量值。
由于SCR13随均值温度不同，其对NOx的转换效率不同，为避免因氨气泄漏造成的二次污染，当均值温度小于200℃时，则MCU模块18里的SCR控制策略功能模块控制尿素喷射装置7停止喷射动作。当SCR均值温度介于200℃至300℃之间执行尿素喷射装置7的喷射操作，但同时要计算SCR13里的氨存储量，并将氨存储量存储到数据存储模块19里的EEPROM存储器中，***重启后加载此存储量。
当所述氨存储量大于MCU模块18里预先标定好的氨存储量模型数据的上限值则由MCU模块18里的SCR控制策略功能模块控制尿素喷射装置7停止喷射动作，避免因氨气泄漏造成二次污染。
基于标定的氨存储量与转化效率关系模型、运行转化效率模型和氨存储量来启喷或停喷。喷射不是连续喷射，而是边喷射边计算氨的存储量，当氨存储量大于上限则马上停止喷射，当低于下限时马上开始喷射，始终将氨的存储量控制在由试验所确定的范围内。
当SCR均值温度大于300℃时采用SCR高温控制策略，具体包括：
先通过CAN传输模块22和MCU模块18实时获得发动机电控单元2读取发动机的实时运行工况参数：转速、油门开度、进气总管压力、进气总管温度和扭矩，再通过MCU模块18里的发动机NOx原排模型数据、MCU模块18里的SCR特征模型数据，然后基于MCU模块18里的SCR算法策略，实时估算当前尿素水溶液喷射量。
由MCU模块18里的SCR控制策略功能模块，控制尿素喷射装置7往混合腔12里连续喷射雾状尿素水溶液，具体喷射量为所述的实时估算的尿素水溶液喷射量值。
在上述各实施例的基础上，在SCR进行高温控制策略过程中，还包括：SCR均值温度大于300℃并持续1分钟后，将数据存储模块19里的EEPROM存储器中存储的氨存储量清零。SCR高温控制过程中，保持尿素喷射装置7往混合腔12里连续喷射雾状尿素水溶液的状态。
所述的SCR控制策略功能模块在执行过程里，则在SCR13中开始选择性氧化还原反应。
所述的SCR控制策略功能模块在执行过程里，通过A/D模块20和MCU模块18获得NOx传感器9实测排放尾气的NOx浓度值，作为SCR控制策略中的一个重要反馈参量，基于MCU模块18里的尿素喷射量算法调整尿素喷射装置7喷射的尿素水溶液的量。
但是所述的实测排放尾气的NOx浓度值，只能作为SCR控制策略中的一个重要参量，不能以此反馈参量进行闭环控制。因为SCR13低温下可存储大量的氨，从低温到高温突变过程中这些氨会释放出来，目前产品化的NOx传感器9还存在对NH3叉敏感的问题，也就是在氨存在的情况下，会将NH3当作NOx，引起测量结果偏大，用作闭环控制还有些问题，因而本发明采用的是开环控制。如此循环，完成SCR选择性氧化还原反应的控制。
(4)、***故障诊断
监测上述各温度传感器的工作状态，一旦监测到故障则将故障码存储到数据存储模块19里的EEPROM存储器中，供日后故障维修时再从数据存储模块19里的EEPROM存储器中读取故障码。
a)当温度传感器实测值始终保持-40℃时视为短路故障；当温度传感器实测值始终保持1000℃时视为断路故障。
b)尿素喷射装置加热控制：通过A/D模块20和MCU模块18获得环境温度传感器16的实测值，当环境温度传感器16的实测值低于-5℃时由MCU模块18控制低功率驱动模块23开启尿素喷射装置7的加热电磁阀开始加热，防止车用尿素水溶液结晶；当环境温度传感器16的实测值大于0℃时由MCU模块18控制低功率驱动模块23关闭尿素喷射装置7的加热电磁阀停止加热。
c)所述消音装置15的作用是降低尾气排放时造成的噪声，再距离最终尾气排放端口1米的距离处测量噪声值不大于85dBA，有效降低噪声环境污染，符合环境噪声排放标准的要求。
以上所描述的控制装置实施例仅仅是示意性的，其中作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，使得本领域的技术人员容易理解；但其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种发动机尾气后处理控制***，其特征在于，包括尾气后处理器、发动机电控单元、柴油喷射装置、尿素喷射装置、后处理电控单元；
所述的尾气后处理器联接在排气管上，在尾气后处理器中，DOC、DPF、混合腔、SCR及消音装置从前至后依次封装；在尾气后处理器上安有数个传感器；所述的柴油喷射装置的喷射头安于DOC前端的排气管中，将柴油喷射到排气管中；所述的尿素喷射装置的喷射头安于混合腔中，将尿素喷射到位于SCR前端的混合腔中。
2.根据权利要求1所述的发动机尾气后处理控制***，其特征在于，所述的传感器包括：DOC前级温度传感器、DOC后级温度传感器、DPF压差传感器、SCR前级温度传感器、NOx传感器、SCR后级温度传感器；所述的DOC前级温度传感器和DOC后级温度传感器分别安装在DOC前后端；所述的DPF压差传感器带有两个传感器，分别安装在DPF前后端，检测DPF进、出气间的压差；SCR前级温度传感器和SCR后级温度传感器分别安装在SCR前后端；NOx传感器安装在消音装置后端。
3.根据权利要求1所述的发动机尾气后处理控制***，其特征在于，后处理电控单元中，主要功能模块有：MCU模块、数据存储模块、A/D模块、电源模块、CAN传输模块、低功率驱动模块。
4.根据权利要求3所述的发动机尾气后处理控制***，其特征在于，电源模块与12V或24V直流供电装置连接，给MCU模块供+5V电源及给低功率驱动模块提供+5V电源；MCU模块和CAN传输模块建立物理双向连接进行发送和接收数据；MCU模块与低功率驱动模块建立物理连接，控制低功率驱动模块的驱动；MCU模块与数据存储模块建立物理双向连接，通过SPI协议把故障码和***运行关键参数写入到数据存储模块中或从数据存储模块中读取数据；MCU模块与A/D模块建立物理连接，实时循环采集各通道传感器信号；低功率驱动模块与尿素喷射装置建立物理连接，给尿素喷射装置的加热管提供电能；CAN传输模块与尿素喷射装置、NOx传感器、柴油喷射装置建立物理双向连接，进行发送和接收数据；CAN传输模块同时还与发动机电控单元2建立物理双向连接，进行发送和接收数据；A/D模块20与DOC前级温度传感器3、DOC后级温度传感器4、DPF压差传感器6、SCR前级温度传感器8、SCR后级温度传感器14、环境温度传感器16建立物理连接，实时采集各传感器的模拟信号。
5.根据权利要求3所述的发动机尾气后处理控制***，其特征在于，所述的MCU模块主芯片采用MC9S12X型号单片机；所述的CAN传输模块主芯片采用的CAN总线驱动器为目前主流芯片TJA1040；所述的数据存储模块主芯片采用的型号25AA256/25LC256 SPI SerialEEPROM；所述的A/D模块采用的型号ICL7104，该芯片是16位双积分型模/数变换器；所述的电源模块采用的型号为PKV 3211 P1 DC/DC Power Module。
6.根据权利要求1或2所述的发动机尾气后处理控制***，其特征在于，所述的传感器还包括环境温度传感器，环境温度传感器安装在尾气后处理器外部。
7.一种发动机尾气后处理控制方法，其特征在于，依据不同的传感器实测值和发动机的工况参数，基于预先标定好的数据模型，完成DPF主动再生控制、DPF积灰清理、SCR尿素喷射控制和***故障诊断四项功能；
所述的预先标定好的数据模型指：DPF碳载量预测模型、DPF算法策略和DPF控制策略；排气流量、积灰量和DPF压差修正系数关联关系模型；SCR算法策略、SCR控制策略；发动机NOx原排模型、SCR特征模型、尿素喷射量算法；氨存储量与转化效率关系模型、运行转化效率模型，及DPF主动再生控制***和SCR尿素喷射控制***以程序代码方式，烧写到后处理电控单元中的MCU模块中。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述的四项功能为：
(1)、DPF主动再生控制
基于SCR算法策略和SCR控制策略，结合SCR前级温度传感器的实测值和SCR后级温度传感器的实测值的均值温度，采用高温尿素喷射策略或是低温尿素喷射策略；基于预先标定好的排气流量、积灰量和DPF压差修正系数关联关系模型，实时预测DPF压差修正系数并对DPF压差进行修正，再基于预先标定好的发动机排气流量、DPF压差和DPF碳载量的关联关系模型，实时预测DPF碳载量，如果检测出的DPF碳载量达到或超过DPF再生碳载量限值，则采用高温燃烧碳颗粒的方法进行DPF的主动再生；DPF主动再生过程中反复通过DOC前级温度传感器的实测值与DOC后级温度传感器的实测值计算DOC的前后温度差，基于催化氧化器DOC的前后温度差和预喷柴油模型计算获得喷油量；
(2)、DPF积灰清理
经过DPF主动再生之后，不能燃烧的成分形成灰滞留在DPF内部，积攒到一定量，需要周期性的积灰清理；
(3)、SCR尿素喷射控制
MCU模块里SCR控制策略分为SCR低温控制策略和SCR高温控制策略两种；当催化器SCR均值温度介于200℃至300℃之间采用SCR低温控制策略，当SCR均值温度大于300℃时采用SCR高温控制策略；
(4)、***故障诊断
监测上述各温度传感器的工作状态，一旦监测到故障则将故障码存储到数据存储模块中，供日后故障维修时再从数据存储模块里读取故障码；
a)当温度传感器实测值始终保持-40℃时视为短路故障；当温度传感器实测值始终保持1000℃时视为断路故障；
b)尿素喷射装置加热控制：通过A/D模块和MCU模块获得环境温度传感器的实测值，当环境温度传感器的实测值低于-5℃时，由MCU模块控制低功率驱动模块开启尿素喷射装置的加热电磁阀开始加热，防止车用尿素水溶液结晶；当环境温度传感器的实测值大于0℃时由MCU模块控制低功率驱动模块关闭尿素喷射装置的加热电磁阀停止加热；
c)所述消音装置的作用是降低尾气排放时造成的噪声，在距离最终尾气排放端口1米的距离处测量噪声值不大于85dBA，有效降低噪声环境污染，符合环境噪声排放标准的要求。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
功能(1)中：DPF再生碳载量限值5g/L；DOC后级温度传感器的实测值控制在600℃至650℃，当DOC后级温度传感器的实测值大于等于650℃后，控制柴油喷射装置停止喷油。
功能(2)中，所述的积攒到的一定量为30g/L，此时进行DPF积灰清理。
功能(3)中，当SCR的均值温度在200℃至300℃采用低温尿素喷射策略，当SCR的均值温度大于300℃时采用高温尿素喷射策略。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述的功能(3)中，
所述的SCR低温控制策略具体包括：
先通过CAN传输模块和MCU模块实时获得发动机电控单元读取发动机的实时运行工况参数：转速、油门开度、进气总管压力、进气总管温度和扭矩，再通过MCU模块里的发动机NOx原排模型数据、MCU模块里的催化器SCR特征模型数据，然后基于MCU模块里的SCR算法策略，实时估算当前尿素水溶液喷射量；由MCU模块里的SCR控制策略功能模块，控制尿素喷射装置往混合腔里连续喷射雾状尿素水溶液，具体喷射量为实时估算的尿素水溶液喷射量值；
所述的SCR高温控制策略具体包括：
先通过CAN传输模块和MCU模块实时获得发动机电控单元读取发动机的实时运行工况参数：转速、油门开度、进气总管压力、进气总管温度和扭矩，再通过MCU模块里的发动机NOx原排模型数据、MCU模块里的催化器SCR特征模型数据，然后基于MCU模块里的SCR算法策略，实时估算当前尿素水溶液喷射量；由MCU模块里的SCR控制策略功能模块，控制尿素喷射装置往混合腔里连续喷射雾状尿素水溶液，具体喷射量为所述的实时估算的尿素水溶液喷射量值。
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