隨著MARPOL公約附則Ⅵ中TierⅢ排放控制標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已經(jīng)很難滿足TierⅢ法規(guī)對船舶柴油機(jī)NO_x排放控制要求。選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是滿足船舶柴油機(jī)NO_x排放控制最具前景的技術(shù)之一。目前,船用SCR系統(tǒng)技術(shù)核心基本為國外所有,因此,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能SCR電控系統(tǒng)很有必要。為此,本文針對一船用柴油機(jī)進(jìn)行SCR尿素噴射電控系統(tǒng)研發(fā),主要研究內(nèi)容包括:首先,根據(jù)TierⅢ排放控制標(biāo)準(zhǔn)及《選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)認(rèn)可及檢驗(yàn)指南》相關(guān)要求確定SCR電控系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo),進(jìn)行電控系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型。其次,根據(jù)SCR電控系統(tǒng)硬件功能需求,選用S20M0T型PLC和HD102TC型HMI聯(lián)合作為SCR電控系統(tǒng)的電子控制單元;設(shè)計的電源供給網(wǎng)絡(luò)、Modbus通訊網(wǎng)絡(luò)和CAN通訊網(wǎng)絡(luò)將各元器件連接為一體,構(gòu)成了SCR電控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。再次,根據(jù)SCR電控系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo),搭建電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)。利用HMI組態(tài)軟件通訊口配置工具設(shè)計了與硬件通訊的底層驅(qū)動軟件;同時設(shè)計了基于模塊化的故障診斷、MAP圖查詢、電控系統(tǒng)標(biāo)定等上層應(yīng)用軟件。然后,設(shè)計開環(huán)控制策略、閉環(huán)控制策略、前饋修正模型和瞬態(tài)修正模型;提出了基于NO_x加權(quán)比排放的NO_x目標(biāo)轉(zhuǎn)化率規(guī)劃方法。設(shè)計多種控制策略聯(lián)合控制的邏輯控制程序,并實(shí)現(xiàn)對SCR電控系統(tǒng)上層應(yīng)用軟件的封裝,形成完整的軟件系統(tǒng)。最后,在柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)臺架上進(jìn)行了SCR尿素噴射電控系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)。尿素噴射計量泵誤差標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果表明:計量泵誤差隨著噴射量的增加而增加,設(shè)計的誤差修正補(bǔ)償程序可顯著提高尿素計量泵的準(zhǔn)確性。SCR尿素噴射電控系統(tǒng)臺架試驗(yàn)結(jié)果表明:采用基于前饋修正的開環(huán)控制策略時,E3和D2測試循環(huán)下的NO_x加權(quán)比排放分別為1.77g/kWh和1.73g/kWh,各工況NO_x比排放最高值分別為2.69g/kWh和2.73 g/kWh,NH_3逃逸最大平均濃度分別為0.9ppm和1.5ppm;采用基于前饋修正的閉環(huán)控制策略時,E3和D2試驗(yàn)循環(huán)下的NO_x加權(quán)比排放分別為1.91g/kWh和2.00g/kWh,各工況NO_x比排放最高值分別為2.61g/kWh和2.94 g/kWh,NH_3逃逸最大平均濃度分別為10ppm和6.0ppm。采用開環(huán)控制策略和閉環(huán)控制策略,在E3和D2試驗(yàn)循環(huán)下,SCR系統(tǒng)均能滿足TierⅢ階段加權(quán)NO_x比排放和單工況NO_x比排放限值要求,NH_3逃逸符合10ppm限值要求。閉環(huán)控制策略與開環(huán)控制策略相比,E3試驗(yàn)循環(huán)下尿素噴射量平均降低了3.99%,D2試驗(yàn)循化下尿素噴射量平均降低了1.28%,采用閉環(huán)控制策略經(jīng)濟(jì)性相對較好。
【學(xué)位單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.121
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景
        1.1.1 船舶造成大氣污染現(xiàn)狀
        1.1.2 排放法規(guī)要求
    1.2 柴油機(jī)NO_x排放控制技術(shù)
        1.2.1 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)
        1.2.2 機(jī)外凈化技術(shù)
    1.3 SCR系統(tǒng)工作原理
    1.4 SCR尿素噴射控制技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.4.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 SCR電控系統(tǒng)及總體方案設(shè)計
    2.1 柴油機(jī)參數(shù)及其排氣特性
    2.2 SCR系統(tǒng)組成及其選型
        2.2.1 SCR反應(yīng)器
        2.2.2 還原劑噴射系統(tǒng)
        2.2.3 SCR電控系統(tǒng)
    2.3 SCR尿素噴射電控系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)
    2.4 SCR電控系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    2.5 本章小結(jié)
第3章 SCR電控系統(tǒng)硬件設(shè)計
    3.1 SCR電控系統(tǒng)原理分析
    3.2 總體硬件方案設(shè)計
    3.3 SCR電子控制單元選型
        3.3.1 SCR電子控制單元硬件需求分析
        3.3.2 電子控制單元選型
    3.4 電源模塊設(shè)計
    3.5 控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
        3.5.1 CAN控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
        3.5.2 Modbus控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
    3.6 本章小結(jié)
第4章 SCR電控系統(tǒng)軟件設(shè)計
    4.1 SCR電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)
    4.2 底層驅(qū)動軟件設(shè)計
        4.2.1 CAN接收幀配置
        4.2.2 CAN發(fā)送幀配置
        4.2.3 Modbus協(xié)議通訊配置
        4.2.4 數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計
        4.2.5 尿素計量泵控制模塊
    4.3 上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)
        4.3.1 SCR電控系統(tǒng)故障診斷模塊
        4.3.2 MAP圖查詢模塊
        4.3.3 電控系統(tǒng)標(biāo)定模塊
        4.3.4 控制參數(shù)設(shè)置模塊
        4.3.5 操作界面設(shè)計
    4.4 本章小結(jié)
第5章 SCR電控系統(tǒng)尿素噴射控制策略
    5.1 基于MAP圖的開環(huán)控制
        5.1.1 溫度修正
        5.1.2 前饋修正
    5.2 基于NO_x傳感器的閉環(huán)控制
    5.3 NO_x目標(biāo)轉(zhuǎn)化率規(guī)劃
        5.3.1 E3試驗(yàn)循環(huán)各模式點(diǎn)NO_x目標(biāo)轉(zhuǎn)化率規(guī)劃
        5.3.2 循環(huán)模式點(diǎn)附近區(qū)域NO_x目標(biāo)轉(zhuǎn)化率規(guī)劃
    5.4 SCR電控系統(tǒng)上層應(yīng)用軟件封裝
    5.5 本章小結(jié)
第6章 臺架試驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析
    6.1 柴油機(jī)SCR試驗(yàn)臺架
    6.2 尿素計量泵標(biāo)定試驗(yàn)
        6.2.1 試驗(yàn)設(shè)備與方法
        6.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
    6.3 SCR反應(yīng)器標(biāo)定試驗(yàn)
        6.3.1 NO_x轉(zhuǎn)化率規(guī)劃合理性試驗(yàn)驗(yàn)證
        6.3.2 SCR電控系統(tǒng)性能測試
    6.4 開環(huán)控制和閉環(huán)控制對比試驗(yàn)
        6.4.1 開環(huán)控制策略控制性能試驗(yàn)
        6.4.2 閉環(huán)控制策略控制性能試驗(yàn)
        6.4.3 SCR系統(tǒng)工作性能臺架試驗(yàn)
    6.5 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
在校期間科研成果情況

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