本文關鍵詞：通用型SCR系統自學習控制策略和算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：選擇性催化還原(SCR)技術能夠有效降低發(fā)動機NOX的排放，通常與優(yōu)化燃燒技術相結合而被廣泛應用于降低重型柴油機的排放污染物，滿足日益嚴格的排放法規(guī)。在歐洲，SCR系統通常是與柴油機電控系統同時開發(fā)，利用CAN總線協議與發(fā)動機ECU進行數據交換，二者之間是相互耦合的。為達到排放標準，需要對每臺發(fā)動機和SCR系統進行標定匹配，標定工作量大且SCR系統不具有通用性。 本文以CA6DL2-35E3增壓中冷、高壓共軌柴油機為基礎樣機，在試驗的基礎之上，自主開發(fā)了通用型SCR系統并對其自學習控制策略和算法進行研究。通用型SCR系統能夠利用自身所附帶的各部件以及自學習控制策略和算法實現SCR系統與發(fā)動機ECU之間的相互解耦，使SCR系統具有通用性和自學習的能力，解決了國外需要對每臺發(fā)動機與SCR系統進行標定匹配的問題，降低SCR系統的標定工作量和成本。 自學習控制策略和算法是通用型SCR系統的核心，包括還原劑供給裝置的控制策略和精確控制還原劑的噴射量。還原劑供給裝置的控制策略能夠有效解決SCR系統使用隔膜泵作為動力源所造成的噴嘴入口處壓力波動的問題，確保尿素及時地供給以及噴嘴入口處壓力的恒定，穩(wěn)定尿素的噴射速率。精確控制還原劑的噴射流量需要制定發(fā)動機NOX總生成量脈譜、催化器轉化效率脈譜、氨氮比脈譜和還原劑噴射量脈譜。根據不同試驗工況條件下進氣流量傳感器和SCR催化器入口處NOX傳感器所采集的數值以及燃油消耗量，對其進行計算和插值形成發(fā)動機NOX總生成量脈譜；根據不同試驗工況條件下的SCR催化器入口和出口處NOX濃度，對其進行計算和插值形成催化器轉化效率脈譜；在發(fā)動機NOX總生成量脈譜和SCR催化器轉化效率脈譜兩個核心脈譜的基礎之上，利用CodeWarrior軟件編寫自學習控制策略和算法，針對不同型號發(fā)動機機、SCR催化器和排放標準形成氨氮比脈譜，利用SCR催化器入口和出口處NOX傳感器采集的NOX濃度和上述三個控制脈譜，通用型SCR系統通過自學習形成還原劑噴射量脈譜，實現尿素噴嘴定時、定量地噴射。通用型SCR系統可以在達到國Ⅳ排放標準的同時，優(yōu)化尿素的消耗量，提高SCR系統的經濟性。 試驗結果表明，在通用型SCR系統尿素自動供給裝置中，控制單元可以實時采集液位傳感器的數值；電磁閥按照自學習控制策略和算法穩(wěn)定地工作；能夠確保氣動恒壓還原劑罐內尿素及時地供給以及噴嘴入口處壓力恒定在0.6MPa左右。 研究噴嘴的性能，試驗數據表明，，噴嘴的噴射量主要受噴嘴入口處尿素的壓力和占空比影響，噴嘴的回流量主要受噴嘴入口處尿素壓力影響。噴嘴的質量流量與占空比基本上呈線性變化關系，噴嘴入口處尿素的壓力相同，則噴嘴的質量流量隨占空比的增大而增加；噴嘴的占空比相同，噴嘴入口處尿素壓力越高，噴嘴的噴射量越大。噴嘴的回流量受占空比的影響不大，主要隨噴嘴入口處尿素壓力的增大而增加，在噴嘴入口處尿素壓力分別為0.5MPa、0.6MPa和0.8MPa的條件下，其回流量分別維持在1.4g/s、1.6g/s和1.84g/s。 試驗過程中，通用型SCR系統的自學習控制策略和算法工作穩(wěn)定，控制單元可以實時采集并存儲進氣流量傳感器、NOX傳感器、溫度傳感器以及液位傳感器采集的數據并可以準確地控制噴嘴工作。 通過對發(fā)動機尾氣中的NOX濃度和排氣流量進行計算和插值形成發(fā)動機NOX總生成量脈譜，它是確定尿素基本噴射量和制定催化器轉化效率脈譜和氨氮比脈譜的基礎脈譜，根據試驗數據計算得出發(fā)動機原機NOX比排放為9.505g/kW·h。 根據SCR催化器入口和出口處NOX的濃度計算催化器轉化效率脈譜，確定SCR催化器對NOX的最高轉化效率。根據發(fā)動機原機NOX排放以及SCR催化器的最高轉化效率，確定本文所研究的SCR催化器能夠滿足國Ⅳ排放法規(guī)。 為了提高通用型SCR系統的工作效率，需確定有效氨氮比的控制范圍。在達到國Ⅳ排放標準的同時，確定優(yōu)化后的氨氮比和尿素的消耗量，以提高通用型SCR系統的經濟性，優(yōu)化后的尿素消耗率為14.664g/kW·h，SCR催化器出口處NOX的比排放為2.603g/kW·h。對氨氮比進行插值，形成最優(yōu)氨氮比脈譜，利用NOX傳感器采集的NOX濃度，通用型SCR系統通過自學習形成還原劑噴射量脈譜，并將這些脈譜存儲到控制單元的FLASH模塊中，防止斷電丟失數據。
【關鍵詞】：通用型SCR系統 控制策略 自學習控制算法 傳感器采集 電路設計
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TK423;TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 排放法規(guī)12-13
• 1.3 降低柴油機排放的后處理技術13-16
• 1.3.1 稀薄氮氧化物捕集技術13-14
• 1.3.2 柴油機 PM-NOX還原技術14-15
• 1.3.3 柴油機微粒捕集技術15
• 1.3.4 選擇性催化還原技術15-16
• 1.4 SCR 技術控制策略的發(fā)展和應用現狀16-19
• 1.4.1 國外 SCR 技術控制策略的發(fā)展和應用現狀16-18
• 1.4.2 國內 SCR 技術控制策略的研究發(fā)展和應用現狀18-19
• 1.5 通用型 SCR 系統簡介19
• 1.6 課題的提出及本文的主要研究內容19-21
• 1.6.1 課題的提出19-20
• 1.6.2 本文的主要研究內容20-21
• 第2章 通用型 SCR 系統構架21-35
• 2.1 通用型 SCR 系統的構架21-22
• 2.2 控制裝置22-29
• 2.3 尿素自動供給裝置29-31
• 2.4 尿素噴射裝置31-33
• 2.5 催化器反應裝置33-34
• 2.6 本章小結34-35
• 第3章 通用型 SCR 系統電路設計和信號采集35-43
• 3.1 硬件電路總體設計35-36
• 3.2 進氣流量傳感器采集36-37
• 3.3 液位傳感器采集37-38
• 3.4 溫度傳感器采集38-39
• 3.5 NOX傳感器采集39-40
• 3.6 尿素自動供給系統控制電路40
• 3.7 噴嘴驅動電路40-41
• 3.8 PWM 顯示電路41-42
• 3.9 本章小結42-43
• 第4章 通用型 SCR 系統自學習控制策略和算法43-51
• 4.1 自學習控制策略和算法的總體設計思想43-44
• 4.2 發(fā)動機 NOX總生成量脈譜44-45
• 4.3 SCR 催化器轉化效率脈譜45-46
• 4.4 氨氮比脈譜46-49
• 4.4.1 SCR 催化器對 NOX最高轉化效率確定47
• 4.4.2 氨氮比控制范圍確定47-48
• 4.4.3 氨氮比和還原劑噴射量脈譜制取48-49
• 4.5 本章小結49-51
• 第5章 基于臺架試驗的自學習控制策略和算法構建51-67
• 5.1 試驗臺架的搭建51-52
• 5.1.1 試驗用發(fā)動機52
• 5.1.2 試驗用主要儀器設備52
• 5.2 試驗工況52-53
• 5.3 發(fā)動機 NOX總生成量脈譜53-55
• 5.4 尿素水溶液的理論需求量55-56
• 5.5 通用型 SCR 系統催化器轉化效率脈譜56-59
• 5.6 通用型 SCR 系統氨氮比脈譜59-64
• 5.6.1 SCR 催化器對 NOX最高轉化效率60-62
• 5.6.2 氨氮比有效控制范圍62
• 5.6.3 氨氮比控制脈譜62-64
• 5.6.4 還原劑噴射量控制脈譜64
• 5.7 本章小結64-67
• 第6章 全文總結及工作展望67-69
• 6.1 全文總結67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 參考文獻69-73
• 作者簡介及科研成果73-75
• 致謝75

【參考文獻】

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本文編號：315766