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(shè)計人員關(guān)注的問題。為滿足越來越嚴(yán)格的NOx排放法規(guī)要求，優(yōu)化柴油機及其后處理系統(tǒng)間的協(xié)作變得越來越重要。在這種背景下，如能實現(xiàn)對柴油機NOx排放的實時測量，則通過反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)對柴油機各種運行參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而降低NOx排放。對NOx排放的測量常采用NOx傳感器來實現(xiàn)。由于NOx傳感器需要能夠?qū)Ω邷嘏艢庵械腘Ox含量進(jìn)行測量，因此對其制造材料、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)計了虛擬NOx傳感器。

該種虛擬NOx傳感器的設(shè)計原理是將測量的缸內(nèi)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(huán)中生成的NOx量，再通過代數(shù)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(jìn)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(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(fā)相應(yīng)的發(fā)動機穩(wěn)態(tài)運行程序和瞬態(tài)運行程序，實現(xiàn)對發(fā)動機的控制。物理NOx傳感器采用日本堀場儀器（HORIBA）公司生產(chǎn)的MEXA 7000氣體分析儀，實現(xiàn)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(jìn)行對比，對比結(jié)果顯示：兩種傳感器對NOx測量的結(jié)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(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