[發(fā)明專利]柴油機Urea-SCR系統(tǒng)發(fā)動機控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910061304.1
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109681299B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏麗;余畢超;王建宇;程曉敏;顏伏伍
• 申請（專利權(quán)）人: 黃岡師范學(xué)院
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;G06F30/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

1.一種柴油機Urea-SCR系統(tǒng)發(fā)動機控制方法，其特征在于，包括：

步驟I.建立發(fā)動機全工況優(yōu)化MAP，包括如下子步驟

步驟1.建立Urea-SCR系統(tǒng)模型，包括：

步驟1-1.基于系統(tǒng)內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)速率方程建立Urea-SCR系統(tǒng)三狀態(tài)模型，用于預(yù)測催化器內(nèi)部的NO_x濃度、NH₃濃度及氨覆蓋率三個狀態(tài)量：

上式中，和分別是催化器入口NH₃和NO_x氣體濃度；和分別是催化器出口NH₃和NO_x氣體濃度；是氨覆蓋率；是氨存儲能力；定義k_ads表示吸附反應(yīng)的指前因子，k_des表示脫附反應(yīng)的指前因子，k_red表示SCR反應(yīng)的指前因子，k_oxi表示NH₃氧化反應(yīng)的指前因子，E_ads表示NH₃吸附的活化能，E_des表示NH₃脫附的活化能，E_red表示SCR反應(yīng)的活化能，E_oxi表示NH₃氧化反應(yīng)的活化能，R表示宇宙氣體常數(shù)，T表示催化器溫度；F是廢氣流速；V是催化器體積；

步驟1-2.將Urea-SCR系統(tǒng)內(nèi)部NO_x和NH₃濃度變化視作準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，僅氨覆蓋率動態(tài)性作為唯一狀態(tài)，建立一狀態(tài)降階模型：

步驟1-3.在發(fā)動機臺架上進行180個穩(wěn)態(tài)工況試驗，所得測試數(shù)據(jù)中一部分樣本數(shù)據(jù)用于建立系統(tǒng)模型，剩余的樣本數(shù)據(jù)用于驗證模型的準(zhǔn)確性；

步驟2.模型參數(shù)辨識：在Matlab中采用遺傳算法使模型中關(guān)于催化器出口尾氣中NO_x和NH₃濃度的預(yù)測值與實際測量數(shù)據(jù)誤差最小，來辨識得到模型參數(shù)；

步驟3.將辨識得到的模型參數(shù)用于NSGA-II算法的優(yōu)化過程，根據(jù)排放規(guī)定限值要求選擇最佳的Pareto優(yōu)化解，得到優(yōu)化的尿素供給率和氨覆蓋率、最大NO_x轉(zhuǎn)化效率、氨存儲量；包括：

步驟3-1.將最大的NO_x轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)等效轉(zhuǎn)換為求最小的NO_x未轉(zhuǎn)換效率，使算法中所有目標(biāo)成本函數(shù)都描述為最小化問題；

Urea-SCR系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化問題可以寫成：

其中，

式中，α表示尿素供給率，是需優(yōu)化的變量，用于使帶約束的多目標(biāo)函數(shù)最小化；F(α)是目標(biāo)向量，包含兩個需要同時最小化的目標(biāo)函數(shù)；f₁(α)和f₂(α)分別表示NO_x未轉(zhuǎn)換效率和氨泄漏，表示尿素摩爾流量，表示NO_x摩爾流量，表示NH₃摩爾流量，下標(biāo)inj表示噴射，in表示入口；

步驟3-2.對Urea-SCR系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化的主要模塊進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計；

步驟4.在Matlab中對NSGA-II算法進行仿真，建立尿素供給率、最大NO_x轉(zhuǎn)化效率、氨覆蓋率、氨存儲量優(yōu)化值與溫度和空速的關(guān)系，進而建立發(fā)動機全工況優(yōu)化MAP，

其中，在步驟2中，需要從建立的Urea-SCR系統(tǒng)模型中辨識確定10個參數(shù)s₁，s₂，k_i，E_i，i＝ads，des，red，oxi，在Matlab中采用遺傳算法使模型預(yù)測值與實際測量數(shù)據(jù)誤差最小，目的是找到模型參數(shù)(S₁，S₂，k_i，E_i，i＝ads，des，red，oxi)使下列誤差成本函數(shù)最小：

式中，和分別表示催化器出口NO_x和NH₃氣體濃度模型預(yù)測值，和分別表示催化器出口NO_x和NH₃氣體濃度測量值，T表示時間間隔；

在步驟4中，對NSGA-II算法進行仿真并驗證優(yōu)化結(jié)果，將三狀態(tài)模型及一狀態(tài)降階模型的優(yōu)化解進行試驗驗證和對比，并分析優(yōu)化解對Urea-SCR系統(tǒng)模型的敏感性，若一狀態(tài)模型與三狀態(tài)模型的誤差較大，則選擇三狀態(tài)模型，否則選擇一狀態(tài)模型，然后基于選擇的模型建立發(fā)動機工況與Urea-SCR系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)間的關(guān)系，進而建立發(fā)動機全工況優(yōu)化MAP，Urea-SCR系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)包括：尿素供給率、最大NO_x轉(zhuǎn)化效率、氨覆蓋率、氨存儲量；

步驟II.將步驟I建立的發(fā)動機全工況優(yōu)化MAP用于發(fā)動機控制系統(tǒng)，使得發(fā)動機每一工況下都能獲得最大的NO_x轉(zhuǎn)化效率，并且氨泄漏≤10ppm。