重型柴油機的虛擬NOx傳感器

重型柴油機的虛擬NOx傳感器

對柴油機氮氧化合物（NOx）排放的控制，一直是汽車設計人員關注的問題。為滿足越來越嚴格的NOx排放法規要求，優化柴油機及其后處理系統間的協作變得越來越重要。在這種背景下，如能實現對柴油機NOx排放的實時測量，則通過反饋閉環調節可以實現對柴油機各種運行參數的調節，從而降低NOx排放。對NOx排放的測量常采用NOx傳感器來實現。由于NOx傳感器需要能夠對高溫排氣中的NOx含量進行測量，因此對其制造材料、技術和工藝要求都較高，導致NOx傳感器的成本較高，為了降低成本，開發設計了虛擬NOx傳感器。

該種虛擬NOx傳感器的設計原理是將測量的缸內平均有效壓力作為主要輸入，通過查詢事先建立的NOx濃度特性圖計算出單個氣缸在一次燃燒循環中生成的NOx量，再通過代數疊加得到柴油機總的NOx排放量。通過試驗將該虛擬NOx傳感器的測量值與物理NOx傳感器的測量值進行對比。試驗時，選擇一臺排量為13L的6缸歐6重型柴油機，該柴油機每個氣缸均配備瑞士奇石樂（Kistler）公司生產的6125C壓電式壓力傳感器，以用于缸內平均有效壓力的測量，且該傳感器的壓力測量范圍為0～30MPa。通過dSPACE MicroAutoBox工具箱開發相應的發動機穩態運行程序和瞬態運行程序，實現對發動機的控制。物理NOx傳感器采用日本堀場儀器（HORIBA）公司生產的MEXA 7000氣體分析儀，實現對NOx排放量的測量。將虛擬NOx傳感器測量的NOx排放量與物理NOx傳感器測量的NOx排放量進行對比，對比結果顯示：兩種傳感器對NOx測量的結果相似。采用虛擬NOx傳感器，可使重型柴油機控制策略形成閉環反饋控制，形成的閉環反饋控制使控制響應精度和響應時間得到改善。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冷起動條件下NOx排放量的測量。

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

編譯：李臣