非道路移动机械柴油机氮氧化物后处理控制关键技术研究

发布时间：2020-08-21 03:03

【摘要】：非道路移动机械主要包括农业机械、农用运输车、工程机械和工业机械等,其尾气排放已成为当前大气污染物主要来源,非道路移动机械柴油机尾气中NO_x占有很高的比例,SCR技术是降低NO_x排放的重要技术手段。我国非道路移动机械柴油机处于机械式与电控式并存的状态,研究出适用于当前复杂机型状况下通用SCR后处理技术对降低非道路移动机械柴油机NO_x排放具有重大意义。SCR技术已成为降低NO_x排放的主流路线,本文针对非道路移动机械柴油机对SCR系统成本、安装及使用方面的需求,确定SCR系统方案:集成式和自适应式。进行了非道路移动机械柴油机用SCR系统的研发及台架验证工作,具体内容包括:开发出了集成式尿素泵。采取了尿素泵与控制单元DCU集成的路线,采用依米泰克尿素泵的隔膜吸排液原理,确定了非道路移动机械柴油机用SCR系统功能需求和硬件总体设计方案,对控制软件分尿素泵执行控制、尿素定量喷射控制和故障自诊断控制三个模块搭建,最终将控制单元集成到了尿素泵内部,实现了系统的结构精简和成本压缩。研究了非道路移动机械柴油机用SCR系统自适应控制。本文基于经典伯努利方程中总压和静压差流速法设计了一种排气流量测量装置,建立压差法流量计算数学模型,加入温度对模型参数的修正,根据排气流速马赫数进行推算,对计算模型进行了简化。加入修正系数C,以在之后的台架标定试验中对理论与实际差值进行修正。同时,基于NO_x传感器的氨氮交叉感应特性,利用卡尔曼算法对NO_x传感器NO_x和NH_3真实信号进行提取,控制NH_3最大检测量控制氨泄漏,搭建了PID控制策略,通过PID修正因子对尿素最终喷射量进行实时修正。完成柴油机试验台架测试验证。对尿素泵喷射稳定性和喷射精度进行测试,通过参数修正喷射误差控制在±1%;验证了本文提出的排气流量测量方法和NO_x控制效果,结果表明,在稳态工况下修正系数0.7,误差百分比可控制在±5%,瞬态测试下响应效果良好,能够满足使用;八工况和NRTC瞬态循环排放测试下NO_x比排放值均满足国四法规要求。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK421.5
【图文】：

反应机理,颗粒物

到 110℃以上时即会发生反应，伴随着排气温度的升高，转化效率逐步提升，大概到 450℃左右达到顶峰[51]。但 DOC 对燃油的含硫量比较敏感[52]，其一般用作 DPF 主动再生的前处理器。（2）颗粒物捕集技术颗粒物捕集技术（DPF，Diesel Particle Filter）是目前应用最广的柴油机颗粒物净化技术，也是目前公认的 PM 净化应用效果最好的技术之一。颗粒物捕集器结构为多孔陶瓷，通过惯性碰撞、拦截、扩散、重力沉降等机理对流进 DPF排气中的颗粒进行捕集[53]，如图 1-1 所示。DPF 对颗粒物的捕集效率最高可达95%以上[54]，由于其属于物理捕集，因此颗粒物本身只会积攒到载体内部，随着堆积量增加，排气背压升高而影响柴油机正常工作。此时需要对 DPF 进行再生，再生方式的选择和使用效果直接影响 DPF 车用的可靠性。DPF 再生可分为被动再生和主动再生，被动再生依靠催化剂降低反应活化能实现颗粒物氧化再生，比如催化再生、连续再生等；主动再生需要依靠外部能量辅助加热，比如电加热再生、喷油助燃再生等。

技术原理

北京工业大学工学硕士学位论文（4）氮氧化物存储还原技术氮氧存储还原技术（NSR，NOx Storage Reduction）技术思路分为两阶段[59]：稀燃阶段发生氧化反应，NOx 从吸附、氧化到扩散，并以盐类化合物存储于材料中；富燃阶段发生还原反应，经热力学和动力学变化，NOx 自我释放，与尾气中 CO、HC、H2、NH3等反应生成 N2，如图 1-2 所示。NSR 的优点在于具有较高的 NOx 净化效率，无需外加还原剂辅助，开发成本低，适用于轻型柴油机。NSR 转化效率高低主要取决于依托发动机管理系统开发的 NSR 再生策略，但由于当前吸附器吸附能力限制，NSR 技术还无法大面积推广应用。

系统结构图,系统结构图,尿素,非道路

车用柴油车 SCR 系统控制模式为：控制单元 DCU（Diesel Control Unit）通过 CAN 总线和发动机 ECU 通讯，获取发动机运行状态数据，同时采集催化器前后温度信号，根据事先标定好的各种脉谱，适时计算发动机实际工作情况下 SCR系统的尿素喷射量，因此，SCR 系统的上电识别、运行参数调整皆由 ECU 指令控制。但非道路柴油机的动力封闭性意味着车用 SCR 系统的整机自动控制模式将不再适用。本章将基于 SCR 系统组成及工作原理，研究非道路柴油机用 SCR 系统控制原理，探讨 DCU 控制内容，分析非道路移动机械柴油机 SCR 系统自适应控制的关键。2.1 SCR 系统组成及工作原理SCR 系统包括：尿素箱（包含尿素温度、尿素液位传感器）、尿素泵、喷嘴、催化消声器、DCU 控制单元、排气温度传感器、NOx 传感器、尿素传输管路及各部件间电器连接线，结构如图 2-1 所示。

【相似文献】