通用型SCR系统自学习控制策略和算法研究

发布时间：2017-04-18 21:13

  本文关键词：通用型SCR系统自学习控制策略和算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：选择性催化还原(SCR)技术能够有效降低发动机NOX的排放，通常与优化燃烧技术相结合而被广泛应用于降低重型柴油机的排放污染物，满足日益严格的排放法规。在欧洲，SCR系统通常是与柴油机电控系统同时开发，利用CAN总线协议与发动机ECU进行数据交换，二者之间是相互耦合的。为达到排放标准，需要对每台发动机和SCR系统进行标定匹配，标定工作量大且SCR系统不具有通用性。 本文以CA6DL2-35E3增压中冷、高压共轨柴油机为基础样机，在试验的基础之上，自主开发了通用型SCR系统并对其自学习控制策略和算法进行研究。通用型SCR系统能够利用自身所附带的各部件以及自学习控制策略和算法实现SCR系统与发动机ECU之间的相互解耦，使SCR系统具有通用性和自学习的能力，解决了国外需要对每台发动机与SCR系统进行标定匹配的问题，降低SCR系统的标定工作量和成本。 自学习控制策略和算法是通用型SCR系统的核心，包括还原剂供给装置的控制策略和精确控制还原剂的喷射量。还原剂供给装置的控制策略能够有效解决SCR系统使用隔膜泵作为动力源所造成的喷嘴入口处压力波动的问题，确保尿素及时地供给以及喷嘴入口处压力的恒定，稳定尿素的喷射速率。精确控制还原剂的喷射流量需要制定发动机NOX总生成量脉谱、催化器转化效率脉谱、氨氮比脉谱和还原剂喷射量脉谱。根据不同试验工况条件下进气流量传感器和SCR催化器入口处NOX传感器所采集的数值以及燃油消耗量，对其进行计算和插值形成发动机NOX总生成量脉谱；根据不同试验工况条件下的SCR催化器入口和出口处NOX浓度，对其进行计算和插值形成催化器转化效率脉谱；在发动机NOX总生成量脉谱和SCR催化器转化效率脉谱两个核心脉谱的基础之上，利用CodeWarrior软件编写自学习控制策略和算法，针对不同型号发动机机、SCR催化器和排放标准形成氨氮比脉谱，利用SCR催化器入口和出口处NOX传感器采集的NOX浓度和上述三个控制脉谱，通用型SCR系统通过自学习形成还原剂喷射量脉谱，实现尿素喷嘴定时、定量地喷射。通用型SCR系统可以在达到国Ⅳ排放标准的同时，优化尿素的消耗量，提高SCR系统的经济性。 试验结果表明，在通用型SCR系统尿素自动供给装置中，控制单元可以实时采集液位传感器的数值；电磁阀按照自学习控制策略和算法稳定地工作；能够确保气动恒压还原剂罐内尿素及时地供给以及喷嘴入口处压力恒定在0.6MPa左右。 研究喷嘴的性能，试验数据表明，，喷嘴的喷射量主要受喷嘴入口处尿素的压力和占空比影响，喷嘴的回流量主要受喷嘴入口处尿素压力影响。喷嘴的质量流量与占空比基本上呈线性变化关系，喷嘴入口处尿素的压力相同，则喷嘴的质量流量随占空比的增大而增加；喷嘴的占空比相同，喷嘴入口处尿素压力越高，喷嘴的喷射量越大。喷嘴的回流量受占空比的影响不大，主要随喷嘴入口处尿素压力的增大而增加，在喷嘴入口处尿素压力分别为0.5MPa、0.6MPa和0.8MPa的条件下，其回流量分别维持在1.4g/s、1.6g/s和1.84g/s。 试验过程中，通用型SCR系统的自学习控制策略和算法工作稳定，控制单元可以实时采集并存储进气流量传感器、NOX传感器、温度传感器以及液位传感器采集的数据并可以准确地控制喷嘴工作。 通过对发动机尾气中的NOX浓度和排气流量进行计算和插值形成发动机NOX总生成量脉谱，它是确定尿素基本喷射量和制定催化器转化效率脉谱和氨氮比脉谱的基础脉谱，根据试验数据计算得出发动机原机NOX比排放为9.505g/kW·h。 根据SCR催化器入口和出口处NOX的浓度计算催化器转化效率脉谱，确定SCR催化器对NOX的最高转化效率。根据发动机原机NOX排放以及SCR催化器的最高转化效率，确定本文所研究的SCR催化器能够满足国Ⅳ排放法规。 为了提高通用型SCR系统的工作效率，需确定有效氨氮比的控制范围。在达到国Ⅳ排放标准的同时，确定优化后的氨氮比和尿素的消耗量，以提高通用型SCR系统的经济性，优化后的尿素消耗率为14.664g/kW·h，SCR催化器出口处NOX的比排放为2.603g/kW·h。对氨氮比进行插值，形成最优氨氮比脉谱，利用NOX传感器采集的NOX浓度，通用型SCR系统通过自学习形成还原剂喷射量脉谱，并将这些脉谱存储到控制单元的FLASH模块中，防止断电丢失数据。
【关键词】：通用型SCR系统 控制策略 自学习控制算法 传感器采集 电路设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK423;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 排放法规12-13
• 1.3 降低柴油机排放的后处理技术13-16
• 1.3.1 稀薄氮氧化物捕集技术13-14
• 1.3.2 柴油机 PM-NOX还原技术14-15
• 1.3.3 柴油机微粒捕集技术15
• 1.3.4 选择性催化还原技术15-16
• 1.4 SCR 技术控制策略的发展和应用现状16-19
• 1.4.1 国外 SCR 技术控制策略的发展和应用现状16-18
• 1.4.2 国内 SCR 技术控制策略的研究发展和应用现状18-19
• 1.5 通用型 SCR 系统简介19
• 1.6 课题的提出及本文的主要研究内容19-21
• 1.6.1 课题的提出19-20
• 1.6.2 本文的主要研究内容20-21
• 第2章 通用型 SCR 系统构架21-35
• 2.1 通用型 SCR 系统的构架21-22
• 2.2 控制装置22-29
• 2.3 尿素自动供给装置29-31
• 2.4 尿素喷射装置31-33
• 2.5 催化器反应装置33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 通用型 SCR 系统电路设计和信号采集35-43
• 3.1 硬件电路总体设计35-36
• 3.2 进气流量传感器采集36-37
• 3.3 液位传感器采集37-38
• 3.4 温度传感器采集38-39
• 3.5 NOX传感器采集39-40
• 3.6 尿素自动供给系统控制电路40
• 3.7 喷嘴驱动电路40-41
• 3.8 PWM 显示电路41-42
• 3.9 本章小结42-43
• 第4章 通用型 SCR 系统自学习控制策略和算法43-51
• 4.1 自学习控制策略和算法的总体设计思想43-44
• 4.2 发动机 NOX总生成量脉谱44-45
• 4.3 SCR 催化器转化效率脉谱45-46
• 4.4 氨氮比脉谱46-49
• 4.4.1 SCR 催化器对 NOX最高转化效率确定47
• 4.4.2 氨氮比控制范围确定47-48
• 4.4.3 氨氮比和还原剂喷射量脉谱制取48-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 基于台架试验的自学习控制策略和算法构建51-67
• 5.1 试验台架的搭建51-52
• 5.1.1 试验用发动机52
• 5.1.2 试验用主要仪器设备52
• 5.2 试验工况52-53
• 5.3 发动机 NOX总生成量脉谱53-55
• 5.4 尿素水溶液的理论需求量55-56
• 5.5 通用型 SCR 系统催化器转化效率脉谱56-59
• 5.6 通用型 SCR 系统氨氮比脉谱59-64
• 5.6.1 SCR 催化器对 NOX最高转化效率60-62
• 5.6.2 氨氮比有效控制范围62
• 5.6.3 氨氮比控制脉谱62-64
• 5.6.4 还原剂喷射量控制脉谱64
• 5.7 本章小结64-67
• 第6章 全文总结及工作展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 作者简介及科研成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：315766