基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法，包括步骤：确定１２工况点对应的功率矩阵；确定１２工况点的运行时间矩阵；确定１２工况点的可靠性风险系数矩阵；确定１２工况点ＮＯｘ综合权重系数矩阵；确定以各工况点的比排放量计算总的比排放量时的加权系数矩阵；确定怠速点ＮＯｘ排放贡献值和１２工况点ＮＯｘ总排放目标值；建立发动机ＮＯｘ排放设计值模型；根据ＮＯｘ排放设计值模型中１２工况点ＮＯｘ比排放设计值调整柴油机燃烧参数以平衡柴油机排放与油耗。按照本方法ＮＯｘ排放设计值模型中１２工况点ＮＯｘ比排放设计值调整柴油机燃烧参数后，柴油机实际工作中的常用工况区油耗显著改善，总排放满足法规要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重型电控柴油发动机油耗与排放，具体涉及一种基于氮氧化物(NOx) 排放设计值模型的柴油机排放与油耗平衡方法。
技术介绍
国家法规对重型车用柴油发动机排放要求越来越严，而油耗问题是用户关注的永 恒话题，如何平衡柴油机排放及油耗是业内难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡 方法，能平衡柴油机排放与油耗。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于NOx排放设计值模型的柴油机排放油 耗平衡方法，包括如下步骤(1)选定柴油机机型，设定发动机的外特性曲线及调速特性曲线，进而计算13工 况点的转速和功率，得到除怠速点外的12工况点的功率矩阵；(2)以一定的采样频率采集发动机的实际转速和功率，根据采样频率统计除怠速 点外的12工况点的的运行时间，得到12工况点的运行时间矩阵；(3)根据发动机各工况点的涡前排气温度及增压器转速设置除怠速点外的12工 况点的可靠性风险系数，得到12工况点的可靠性风险系数矩阵；(4)根据12工况点的功率矩阵、12工况点的运行时间矩阵、以及12工况点的可靠 性风险系数矩阵确定12工况点氮氧化物综合权重系数矩阵；(5)确定以各工况点的比排放量计算总的氮氧化物比排放量时各工况点的加权系 数，进而确定各工况点的加权系数矩阵；(6)确定怠速点氮氧化物排放贡献值和12工况点总氮氧化物排放目标值；(7)根据氮氧化物综合权重系数矩阵、加权计算系数矩阵、12工况点总氮氧化物 排放设计目标值建立发动机的氮氧化物排放设计值模型，该氮氧化物排放设计值模型包含 12工况点氮氧化物的比排放设计值；(8)调整柴油机的喷油正时、轨压、预喷油量、预喷时间、后喷油量、后喷时间、循环 喷油量参数，直到柴油机12工况点的排放实际值等于所述氮氧化物排放设计值模型中12 工况点氮氧化物的比排放设计值。在本专利技术的一个实施例中，所述方法还包括(9)对所述氮氧化物排放设计值模型进行线性插值，得到氮氧化物排放设计扩展 模型，该氮氧化物排放设计扩展模型包含排放控制区内各工况点氮氧化物的比排放设计值。由上可知，本专利技术基于NOx排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法先通过确 定发动机ESC各工况点的NOx综合权重系数，建立NOx排放设计值模型，然后按照该NOx排放设计值模型中12工况点氮氧化物的比排放设计值调整柴油机燃烧参数，最终实现柴 油机的排放满足国家法规要求，同时实际工作过程中常用工况区能够获得良好的燃油经济 性。通过以下的描述 并结合附图，本专利技术将变得更加清晰，这些附图用于解释本专利技术 的实施例。附图说明图1为本专利技术基于NOx排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法的流程图。图2为图1所述方法中确定12工况点的运行时间矩阵涉及的实车运行实测发动 机运行工况图。图3为图1所述方法中确定12工况点NOx综合权重系数矩阵的NOx权重系数示 意图。图4为图1所述方法得到的12工况NOx排放设计值模型示意图。图5为图1所述方法得到的NOx排放设计扩展模型。具体实施例方式现在参考附图描述本专利技术的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。在说明本专利技术基于NOx排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法的具体步骤 之前，先说明本方法的理论原理。GB17691-2005排放法规中ESC排放中NOx计算式如下_ V NOx χ WFNOx = nt T 胃‘< 5.0g/(kWh)( 1 )ZuP(^)1 XWF1式中为总的NOx比排放量，应该满足ESC试验NOx限值5g/ (kffh)，i为工况 的序号，取值为1至13 ；WFi为法规给定的第i工况的加权系数；P (Ii)i为第i工况的功率， 单位为kW ；NOxfflass为NOx质量流量，由稀释排气中的NOx的平均浓度计算得到，单位为(g/ h)。以各工况点的比排放量计算总的NOx比排放量—的公式为-YNOx χ WF「00281 NOx = --r^i-LΣ Pin), xWF,NOxy-^ X WFi χ Ρ(η).= Pin),__“ YPi^1XWF1= Σ BSNOxi χ WFri式中，BSNOxi =表示第i个工况点的NOx比排放量，哪P(Tr)1XWF1WFr, =^P(nyxWFi表示以各工况点的比排放量计算总的NOx比排放量时第i个工况点 的加权系数。由于第i工况的功率P(Ii)i可以采集得到，而WFi为定值，故第i个工况点的加权系数WFri可以计算得到。为了使13工况点总排放量满足ESC试验NOx限值5g/(kWh)，因此只需要对各个工况点的NOx比排放量BSNOxi进行设计。在加权计算结果满足ESC试验NOx限值5g/(kWh)的前提下，设计各个工况点的 NOx比排放量BSNOxi时，可以结合油耗的因素，使得各个工况点的NOx比排放量BSNOxi既 满足排放标准，又能满足用户对油耗的要求，实现经济性和排放的平衡。得到最佳组合方式的13工况点的NOx比排放设计值后，根据该最佳组合方式的13 工况点的NOx比排放设计值来调整柴油机燃烧参数(循环喷油量、喷油正时、轨压、预喷油 量、预喷正时、后喷油量、后喷正时等)，可实现柴油机工作过程的排放与油耗平衡。式(2)是某个工况点的油耗计算公式工况点油耗A = ρ · t · ge (2)式中，A是该工况点的油耗，t为发动机在该工况点的运行时间，单位为h ；ρ为该 工况点的负荷即功率，单位为kW ；ge是该工况的比油耗，单位为g/(kWh)。由⑵式可知，在发动机的比油耗ge—定时，功率ρ与运行时间t的乘积越大，油 耗A越高。即功率ρ和运行时间t是表征油耗权重的因子，而油耗与NOx直接相关，所以pt 为表征NOx权重的因子，pt越大，NOx权重越高。对于指定工况，降低NOx排放值会导致涡前排温和增压器转速上升，当NOx降低 到一定程度时，会导致增压器转速和排温超过可靠性设计限值，增加发动机的零件失效风 险。因此，在设定NOx排放设计值时应考虑该工况点的增压器转速和排温超过设计限值的 风险，风险系数越大，NOx权重越高。根据以上分析，得到指定工况点在某种特定运行工况下的NOx综合权重系数计算 公式fi = ρ · t · r (3)式中4为NOx权重系数，r为可靠性风险系数。基于上述NOx排放值设计需考虑的因素，下面具体说明本方法。如图1，所述基于 NOx排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法包括如下步骤步骤Si，对以指定机型的柴油机，首先综合客户需求及产品特点设定发动机 的外特性曲线和调速特性曲线，并根据发动机的外特性曲线及调速特性曲线依据法规 GB17691-2005计算ESC13工况点的转速、功率，由转速及功率确定工况点，进而得到该发动 机除怠速点外的12工况点所对应的功率矩阵，如下式所示Pal Pbl PclP =凡2 Pb2 Pc2Pa3 Pb3 Pc3_Pa4 PbA Pc4_其中，P为12工况点所对应的功率矩阵，Pal、Pa2、Pa3、Pa4分别表示A转速100%负 荷、75%负荷、50%负荷，25%负荷对应的功率，Pbl、pb2、pb3、Pb4分别表示B转速100%负荷、 75%负荷、50%负荷，25%负荷对应的功率，PwPc^Pd4分别表示C转速100%负荷、7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法，包括如下步骤：（１）选定柴油机机型，设定发动机的外特性曲线及调速特性曲线，进而计算１３工况点的转速和功率，得到除怠速点外的１２工况点的功率矩阵；（２）以一定的采样频率采集发动机的实际转速和功率，根据采样频率统计除怠速点外的１２工况点的的运行时间，得到１２工况点的运行时间矩阵；（３）根据发动机各工况点的涡前排气温度及增压器转速设置除怠速点外的１２工况点的可靠性风险系数，得到１２工况点的可靠性风险系数矩阵；（４）根据１２工况点的功率矩阵、１２工况点的运行时间矩阵、以及１２工况点的可靠性风险系数矩阵确定１２工况点氮氧化物综合权重系数矩阵；（５）确定以各工况点的比排放量计算总的氮氧化物比排放量时各工况点的加权系数，进而确定各工况点的加权系数矩阵；（６）确定怠速点氮氧化物排放贡献值和１２工况点总氮氧化物排放目标值；（７）根据氮氧化物综合权重系数矩阵、加权计算系数矩阵、１２工况点总氮氧化物排放设计目标值建立发动机的氮氧化物排放设计值模型，该氮氧化物排放设计值模型包含１２工况点氮氧化物的比排放设计值；（８）调整柴油机的喷油正时、轨压、预喷油量、预喷时间、后喷油量、后喷时间、循环喷油量参数，直到柴油机１２工况点的排放实际值等于所述氮氧化物排放设计值模型中１２工况点氮氧化物的比排放设计值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒宇舟，刘利，肖彬，高峻，刘亚贵，
申请(专利权)人：东风康明斯发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]