柴油机SCR控制系统开发及试验研究

发布时间：2017-08-28 14:38

  本文关键词：柴油机SCR控制系统开发及试验研究

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【摘要】：环境污染已经成为全世界高度重视的问题,我国大型城市的污染物来源正在由煤烟型污染向汽车型污染转变,为了缓解环境压力,更加严格的排放法规也将逐步实施。面对日益严格的排放法规,采用尾气后处理技术是实现国Ⅳ及其以上排放法规的必然技术措施,在发展现有柴油机机内净化技术的基础上结合高效的尾气后处理措施是柴油机技术发展的方向。选择性催化还原(Selective catalytic reduction,简称SCR)技术是降低发动机NOx排放的一条技术路线,结合我国基本国情,目前我国重型柴油机领域基本采用SCR技术路线。本文以一台六缸涡轮增压柴油机为研究对象,选择SCR后处理技术路线,以降低柴油机NOx排放为目标,设计开发了SCR控制器和软件控制策略,并在发动机试验台架上实现控制。首先对SCR控制器功能需求进行分析,综合考虑选用飞思卡尔MC9S12XS128作为处理器核心,根据需求使用了处理器核心中的控制器局域网络(CAN)通信模块、模/数(A/D)转换模块、脉宽调制(PWM)模块,并设计了相应的电源模块和驱动模块,使用CodeWarrior集成开发软件对各个功能模块进行软件底层配置,经过调试SCR控制器能够正常工作,满足设计要求。利用VB开发工具,基于SAE-J1939协议开发了SCR标定诊断工具,通过CAN总线读取发动机状态参数、SCR后处理相关参数以及OBD故障诊断信息,开发了OBD故障诊断策略并编程写入SCR控制器,通过调试该工具能够正常运行满足设计要求。针对SCR系统开发了尿素喷射控制策略,通过查询NOx排放脉谱和目标NOx转化效率脉谱计算基础尿素喷射量,使用NOx传感器计算实际NOx转化效率,采用增量式PID控制方法对尿素喷射量进行闭环修正,通过油门变化率进行瞬态工况的判定,建立了温度延迟和氨存储量修正策略。通过试验得到柴油机NOx排放脉谱、排气流量脉谱以及目标NOx转化效率脉谱,为控制策略的实现提供基础数据,最后通过ESC十三工况点对SCR系统控制效果进行验证。试验结果显示:采用所开发的SCR控制系统,将原机NOx比排放从10.29g/kw.h降低到2.02g/kw.h。
【关键词】：柴油机 SCR控制器 故障诊断 控制策略 尿素喷射量
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 环境污染与排放法规10-12
• 1.3 柴油机后处理技术路线12-14
• 1.4 柴油机SCR技术的发展及研究现状14-17
• 1.4.1 SCR关键技术的发展14-16
• 1.4.2 SCR系统控制策略研究现状16-17
• 1.5 本文研究内容17-19
• 2 SCR控制器及标定诊断工具开发19-48
• 2.1 SCR控制器开发方案设计19
• 2.2 控制器功能模块19-30
• 2.2.1 处理器核心模块20-21
• 2.2.2 电源模块21
• 2.2.3 CAN通信模块21-26
• 2.2.4 A/D模块26-27
• 2.2.5 驱动模块27-30
• 2.3 基于SAE-J1939协议标定诊断工具开发30-46
• 2.3.1 商用车SAE-J1939协议规范30-34
• 2.3.2 OBD故障诊断策略34-41
• 2.3.3 SCR标定诊断工具开发41-46
• 2.4 本章小结46-48
• 3 SCR系统控制策略设计48-60
• 3.1 SCR控制系统工作原理48-51
• 3.1.1 SCR化学反应原理48-50
• 3.1.2 SCR系统工作过程50-51
• 3.2 尿素泵特性及工作流程51-54
• 3.2.1 尿素泵性能参数51-52
• 3.2.2 尿素泵工作流程及状态52-54
• 3.3 SCR系统控制策略54-59
• 3.3.1 SCR系统稳态控制策略54-56
• 3.3.2 SCR系统闭环修正策略56-58
• 3.3.3 SCR系统瞬态修正策略58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 4 SCR系统试验研究60-73
• 4.1 SCR系统试验平台搭建60-66
• 4.1.1 试验用柴油机61-62
• 4.1.2 试验用台架系统62
• 4.1.3 试验用尾气分析仪62-63
• 4.1.4 SCR后处理系统组成63-66
• 4.2 原机排放特性试验66-69
• 4.2.1 NO_x排放脉谱66-67
• 4.2.2 排气流量脉谱67-68
• 4.2.3 催化剂反应特性68-69
• 4.3 SCR系统ESC试验69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 全文总结及展望73-75
• 5.1 全文总结73-74
• 5.2 今后工作展望74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果78-79
• 致谢79-80

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本文编号：748150