【摘要】：非道路移動機械主要包括農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)用運輸車、工程機械和工業(yè)機械等,其尾氣排放已成為當前大氣污染物主要來源,非道路移動機械柴油機尾氣中NO_x占有很高的比例,SCR技術(shù)是降低NO_x排放的重要技術(shù)手段。我國非道路移動機械柴油機處于機械式與電控式并存的狀態(tài),研究出適用于當前復(fù)雜機型狀況下通用SCR后處理技術(shù)對降低非道路移動機械柴油機NO_x排放具有重大意義。SCR技術(shù)已成為降低NO_x排放的主流路線,本文針對非道路移動機械柴油機對SCR系統(tǒng)成本、安裝及使用方面的需求,確定SCR系統(tǒng)方案:集成式和自適應(yīng)式。進行了非道路移動機械柴油機用SCR系統(tǒng)的研發(fā)及臺架驗證工作,具體內(nèi)容包括:開發(fā)出了集成式尿素泵。采取了尿素泵與控制單元DCU集成的路線,采用依米泰克尿素泵的隔膜吸排液原理,確定了非道路移動機械柴油機用SCR系統(tǒng)功能需求和硬件總體設(shè)計方案,對控制軟件分尿素泵執(zhí)行控制、尿素定量噴射控制和故障自診斷控制三個模塊搭建,最終將控制單元集成到了尿素泵內(nèi)部,實現(xiàn)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)精簡和成本壓縮。研究了非道路移動機械柴油機用SCR系統(tǒng)自適應(yīng)控制。本文基于經(jīng)典伯努利方程中總壓和靜壓差流速法設(shè)計了一種排氣流量測量裝置,建立壓差法流量計算數(shù)學(xué)模型,加入溫度對模型參數(shù)的修正,根據(jù)排氣流速馬赫數(shù)進行推算,對計算模型進行了簡化。加入修正系數(shù)C,以在之后的臺架標定試驗中對理論與實際差值進行修正。同時,基于NO_x傳感器的氨氮交叉感應(yīng)特性,利用卡爾曼算法對NO_x傳感器NO_x和NH_3真實信號進行提取,控制NH_3最大檢測量控制氨泄漏,搭建了PID控制策略,通過PID修正因子對尿素最終噴射量進行實時修正。完成柴油機試驗臺架測試驗證。對尿素泵噴射穩(wěn)定性和噴射精度進行測試,通過參數(shù)修正噴射誤差控制在±1%;驗證了本文提出的排氣流量測量方法和NO_x控制效果,結(jié)果表明,在穩(wěn)態(tài)工況下修正系數(shù)0.7,誤差百分比可控制在±5%,瞬態(tài)測試下響應(yīng)效果良好,能夠滿足使用;八工況和NRTC瞬態(tài)循環(huán)排放測試下NO_x比排放值均滿足國四法規(guī)要求。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK421.5
【圖文】：

到 110℃以上時即會發(fā)生反應(yīng)，伴隨著排氣溫度的升高，轉(zhuǎn)化效率逐步提升，大概到 450℃左右達到頂峰[51]。但 DOC 對燃油的含硫量比較敏感[52]，其一般用作 DPF 主動再生的前處理器。（2）顆粒物捕集技術(shù)顆粒物捕集技術(shù)（DPF，Diesel Particle Filter）是目前應(yīng)用最廣的柴油機顆粒物凈化技術(shù)，也是目前公認的 PM 凈化應(yīng)用效果最好的技術(shù)之一。顆粒物捕集器結(jié)構(gòu)為多孔陶瓷，通過慣性碰撞、攔截、擴散、重力沉降等機理對流進 DPF排氣中的顆粒進行捕集[53]，如圖 1-1 所示。DPF 對顆粒物的捕集效率最高可達95%以上[54]，由于其屬于物理捕集，因此顆粒物本身只會積攢到載體內(nèi)部，隨著堆積量增加，排氣背壓升高而影響柴油機正常工作。此時需要對 DPF 進行再生，再生方式的選擇和使用效果直接影響 DPF 車用的可靠性。DPF 再生可分為被動再生和主動再生，被動再生依靠催化劑降低反應(yīng)活化能實現(xiàn)顆粒物氧化再生，比如催化再生、連續(xù)再生等；主動再生需要依靠外部能量輔助加熱，比如電加熱再生、噴油助燃再生等。

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文（4）氮氧化物存儲還原技術(shù)氮氧存儲還原技術(shù)（NSR，NOx Storage Reduction）技術(shù)思路分為兩階段[59]：稀燃階段發(fā)生氧化反應(yīng)，NOx 從吸附、氧化到擴散，并以鹽類化合物存儲于材料中；富燃階段發(fā)生還原反應(yīng)，經(jīng)熱力學(xué)和動力學(xué)變化，NOx 自我釋放，與尾氣中 CO、HC、H2、NH3等反應(yīng)生成 N2，如圖 1-2 所示。NSR 的優(yōu)點在于具有較高的 NOx 凈化效率，無需外加還原劑輔助，開發(fā)成本低，適用于輕型柴油機。NSR 轉(zhuǎn)化效率高低主要取決于依托發(fā)動機管理系統(tǒng)開發(fā)的 NSR 再生策略，但由于當前吸附器吸附能力限制，NSR 技術(shù)還無法大面積推廣應(yīng)用。

車用柴油車 SCR 系統(tǒng)控制模式為：控制單元 DCU（Diesel Control Unit）通過 CAN 總線和發(fā)動機 ECU 通訊，獲取發(fā)動機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時采集催化器前后溫度信號，根據(jù)事先標定好的各種脈譜，適時計算發(fā)動機實際工作情況下 SCR系統(tǒng)的尿素噴射量，因此，SCR 系統(tǒng)的上電識別、運行參數(shù)調(diào)整皆由 ECU 指令控制。但非道路柴油機的動力封閉性意味著車用 SCR 系統(tǒng)的整機自動控制模式將不再適用。本章將基于 SCR 系統(tǒng)組成及工作原理，研究非道路柴油機用 SCR 系統(tǒng)控制原理，探討 DCU 控制內(nèi)容，分析非道路移動機械柴油機 SCR 系統(tǒng)自適應(yīng)控制的關(guān)鍵。2.1 SCR 系統(tǒng)組成及工作原理SCR 系統(tǒng)包括：尿素箱（包含尿素溫度、尿素液位傳感器）、尿素泵、噴嘴、催化消聲器、DCU 控制單元、排氣溫度傳感器、NOx 傳感器、尿素傳輸管路及各部件間電器連接線，結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。

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本文編號：2798823