摘 要

柴油机NO_X传感器输出信号存在对NH₃交叉敏感的固有缺陷，以致影响了SCR系统闭环控制性能。就柴油机SCR技术现状来看，添蓝供给过量是诱使NO_X传感器对NH3产生交叉敏感的主要因素，本文以柴油机NO_X传感器对NH₃产生交叉敏感时机的识别方法为主要研究目的。

基于NO_X传感器输出信号变化与添蓝供给量改变的规律研究，本文提出依据NO_X传感器输出信号曲线斜率变化识别交叉敏感时机的方法，着重研究了影响识别效果的样本数量和取样方式，归纳分析了样本数量和取样方式对识别性能的影响规律，在此基础上，结合实际应用中对识别时机的需求，对样本数量和取样方式的确定给出了建议。

与柴油机试验台架实测的NH₃泄漏数据进行比较发现，本文提出的识别方法能够有效识别NH₃发生泄漏的时机，研究的成果有望用于柴油机SCR闭环控制系统中，能够优化SCR系统的闭环控制性能。

关键词：NO_X传感器；交叉敏感；SCR系统；柴油机；识别方法

Abstract

The output signal of diesel engine NOX sensor has inherent defects of cross sensitivity to NH3, so it affects the closed-loop control performance of SCR system. The status of SCR for diesel, Tim blue oversupply cross the main factors inducing NOX sensor sensitive to NH3, based on the identification method of diesel NOX sensor on NH3 timing of the cross sensitivity is the main research goal.

Study on the law and Tim blue supply change based on NOX sensor output signal changes, the method proposed in this paper on the basis of changes in recognition of slope NOX sensor output signal curve of the cross sensitivity of time, the number of samples and sampling methods, focuses on the impact of recognition effect, influence of the number of samples and sampling methods on the recognition performance of the analysis, on the basis of according to the requirement of the time, recognition of practical application, the number of samples and sampling methods are given suggestions.

With the diesel engine test bench test NH3 leakage data were compared, this method can effectively identify NH3 leakage time, research achievements are expected to be used in diesel engine SCR closed-loop control system, closed-loop control system can optimize the performance of SCR.

Key Words:NO_X sensor；Cross sensitivity；SCR system；Diesel engine；recognition methods

目 录

第1章 绪论 6

1.1 研究背景 6

1.2 交叉敏感的原因分析 6

1.3 解决交叉敏感问题的技术现状 7

1.4 主要研究内容与技术路线 8

第2章 交叉敏感时机识别方法的提出 10

2.1 NO_X传感器的测量模型 10

2.2 NO_X传感器输出信号变化规律的研究 11

2.3 交叉敏感时机的识别方法 12

2.4 识别方法对边界条件的需求 12

第3章 识别方法关键因素的确定与性能验证 14

3.1 柴油机试验台架数据 14

3.2 取样数目与取样方式的确定 17

3.2.1 取样数目与取样方式的定义 17

3.2.2 NO_X传感器输出信号的数据处理 18

3.2.3 取样数目与取样方式的分析确定 19

3.3 识别方法的性能验证 19

3.3.1 识别方法实验数据结果 19

3.3.2 识别方法性能分析 20

第4章 总结与展望 22

4.1 总结 22

4.2 展望 22

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 研究背景

环境污染是全球性的重大问题，而柴油机排放的大气污染物为重要因素。氮氧化物（NO_X）是柴油机的主要排气污染物之一，也是形成光化学烟雾和酸雨的主要物质，需要严格限制其排放量。现阶段，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）是降低柴油机NO_X排放的主流途径^[1]，该系统利用氨气（NH₃）作为还原剂，在催化剂的作用下将NO_X还原成无害的N₂和H₂O。

控制器设计是SCR系统开发的重要组成部分，在国四和国五阶段，柴油机SCR后处理系统多采用开环控制，国六阶段对NO_X排放提出了更低的许可值，基于开环控制的SCR系统已经难以满足排放法规的要求，对SCR系统进行闭环控制已成为必然^[2]。然而，柴油机NO_X传感器存在对NH₃交叉敏感的问题，对SCR系统的闭环控制性能产生了非常不利的影响。在添蓝喷射过量的情况下，NO_X传感器对NH₃的交叉敏感性可将排气中多余的部分NH₃转化为NO，而此时排气中NO_X的含量已经很低，但由于对NH₃交叉敏感的问题，NO_X传感器的输出值可能高于目标值，导致比较的结果促使添蓝流量进一步提升，容易导致SCR闭环控制系统崩溃和严重的NH₃泄漏^[3]。

1.2 交叉敏感的原因分析

针对NO_X传感器的输出对NH₃交叉敏感的问题，本节基于NO_X传感器的工作原理对交叉敏感产生的原因进行分析。

目前，柴油机NO_X传感器可能存在多个型号，但其主要的工作原理基本一致。以典型的“Uninox24V”型NO_X传感器为例，其工作原理示于图1-1，可见其包含两个串联的腔室^[4]。