重型柴油机的虚拟NOx传感器

重型柴油机的虚拟NOx传感器

对柴油机氮氧化合物（NOx）排放的控制，一直是汽车设计人员关注的问题。为满足越来越严格的NOx排放法规要求，优化柴油机及其后处理系统间的协作变得越来越重要。在这种背景下，如能实现对柴油机NOx排放的实时测量，则通过反馈闭环调节可以实现对柴油机各种运行参数的调节，从而降低NOx排放。对NOx排放的测量常采用NOx传感器来实现。由于NOx传感器需要能够对高温排气中的NOx含量进行测量，因此对其制造材料、技术和工艺要求都较高，导致NOx传感器的成本较高，为了降低成本，开发设计了虚拟NOx传感器。

该种虚拟NOx传感器的设计原理是将测量的缸内平均有效压力作为主要输入，通过查询事先建立的NOx浓度特性图计算出单个气缸在一次燃烧循环中生成的NOx量，再通过代数叠加得到柴油机总的NOx排放量。通过试验将该虚拟NOx传感器的测量值与物理NOx传感器的测量值进行对比。试验时，选择一台排量为13L的6缸欧6重型柴油机，该柴油机每个气缸均配备瑞士奇石乐（Kistler）公司生产的6125C压电式压力传感器，以用于缸内平均有效压力的测量，且该传感器的压力测量范围为0～30MPa。通过dSPACE MicroAutoBox工具箱开发相应的发动机稳态运行程序和瞬态运行程序，实现对发动机的控制。物理NOx传感器采用日本堀场仪器（HORIBA）公司生产的MEXA 7000气体分析仪，实现对NOx排放量的测量。将虚拟NOx传感器测量的NOx排放量与物理NOx传感器测量的NOx排放量进行对比，对比结果显示：两种传感器对NOx测量的结果相似。采用虚拟NOx传感器，可使重型柴油机控制策略形成闭环反馈控制，形成的闭环反馈控制使控制响应精度和响应时间得到改善。此外，由于虚拟NOx传感器不受硬件影响，因而可用于重型柴油机冷起动条件下NOx排放量的测量。

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

编译：李臣