柴油機(jī)NOx排放的實(shí)時(shí)估計(jì)模型分析

氮氧化合物（NOx）排放較高始終是柴油機(jī)存在的一個(gè)重要問(wèn)題。目前，通過(guò)采用后處理系統(tǒng)將NOx轉(zhuǎn)化為N2，降低NOx排放。但是，隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，需要不斷提升后處理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，這將使后處理系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，成本也隨著增加。對(duì)此，開(kāi)始通過(guò)對(duì)柴油機(jī)自身的優(yōu)化(如調(diào)整噴射參數(shù)等)，降低NOx排放。在進(jìn)行柴油機(jī)自身優(yōu)化時(shí)，需要對(duì)柴油機(jī)的NOx排放進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，以形成閉環(huán)反饋，基于此進(jìn)行噴射參數(shù)的調(diào)整。

對(duì)柴油機(jī)NOx排放進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)的模型可以分為黑箱模型和物理模型。常用的黑箱模型包括回歸模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和具有修改因子的查找表等，但這些模型在進(jìn)行NOx排放的實(shí)時(shí)估計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮真實(shí)的駕駛條件，只利用試驗(yàn)確定出的柴油機(jī)特性圖進(jìn)行估計(jì)，因而估計(jì)精度較低。物理模型則主要由缸內(nèi)溫度模型和Zeldovich反應(yīng)機(jī)制構(gòu)成，該類模型根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)進(jìn)行NOx排放的估計(jì)，因而估計(jì)精度高于黑箱模型。

進(jìn)一步改善物理模型的估計(jì)精度，主要考慮消除輸入和模型的不確定性。消除輸入的不確定性，可通過(guò)采用缸內(nèi)壓力傳感器（ICPS）來(lái)對(duì)缸內(nèi)壓力進(jìn)行測(cè)量，并將其作為輸入來(lái)消除。消除模型的不確定性，是將物理模型表示為熱力學(xué)模型、燃燒模型和NOx生成模型3個(gè)子模型。熱力學(xué)子模型基于ICPS信號(hào)進(jìn)行放熱率的計(jì)算和氣體溫度的計(jì)算。燃燒子模型進(jìn)行缸內(nèi)燃燒產(chǎn)物濃度的計(jì)算。NOx生成子模型則基于Zeldovich反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行NOx生成的計(jì)算。在一臺(tái)美國(guó)福特汽車公司生產(chǎn)的6.7L V8發(fā)動(dòng)機(jī)上對(duì)消除不確定性后的物理模型精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，輸入不確定性的消除使估計(jì)精度改善10%～40%，具體數(shù)值取決于柴油機(jī)負(fù)荷；模型不確定性的消除使估計(jì)精度改善22%。

Hoon Cho et al.SAE 2017-01-0963.

編譯：王淼