固体SCR控制系统设计与实验研究

发布时间：2017-09-10 17:42

  本文关键词：固体SCR控制系统设计与实验研究

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【摘要】：目前尿素选择性催化还原（Urea-SCR）技术被认为是最有前途的柴油机NOX排放控制措施之一，并且已经得到了广泛应用。然而Urea-SCR系统仍然存在一些问题，，其中最主要的就是低温环境下尿素容易结晶甚至结冰，并且转化效率较低。为解决这些问题，本文采用固体SCR系统直接向尾气管中喷入氨气，避免了尿素结晶、结冰的问题，并且提高了SCR系统的低温转化效率。 本文借鉴国内外先进的控制系统开发方案，分析了柴油机固体SCR电控系统工作原理和功能需求，提出了一套完整的系统平台设计方案，并搭建了基于FreescaleMC9S12DP256微控制器的柴油机固体SCR电控平台。本文所做的工作主要有： 1、本文分析了固体SCR电控系统的工作原理和功能需求，并制定了SCR电控系统控制策略，即根据发动机转速和负荷查询氨气喷射稳态MAP图来计算氨气的基本喷射量，然后根据催化剂温度变化和催化剂储氨模型对氨气基本喷射量进行修正，最后控制喷嘴进行氨气定量喷射。 2、利用MC9S12DP256微控制器内部自带的外设资源完成了固体SCR控制系统的硬件电路设计。硬件电路不仅包括时钟电路、电源电路和A/D转换电路等单片机基本电路还针对固体SCR电控系统设计了喷嘴驱动电路、测温电路、串口通讯电路和CAN总线通讯电路。 3、设计了基于Matlab/Simulink的固体SCR控制算法，并进行了在线优化。通过RTW工具箱配置生成适合MC9S12DP256微控制器的C代码，并将其导入基于Code Warrior的主函数目标工程区，完成程序的调试与编译，并下载到单片机中。 4、采用实验室现有设备搭建固体SCR电控系统测试台架，在ESC测试循环工况下对所设计的固体SCR电控系统进行了测试验证。测试结果表明：在ESC循环工况下，本控制系统对氨气喷射量的控制性能满足要求。
【关键词】：固体SCR电控系统 MC9S12DP256 控制策略 硬件电路
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 柴油机污染物生成机理及控制策略12-16
• 1.2.1 柴油机颗粒物 PM 生成机理12-13
• 1.2.2 氮氧化物（NOx）的生成机理13-14
• 1.2.3 颗粒物排放控制技术14-15
• 1.2.4 氮氧化物排放控制技术15-16
• 1.3 SCR 控制策略研究16-23
• 1.3.1 SCR 控制策略现状16-17
• 1.3.2 基于脉谱图的开环控制策略17-18
• 1.3.3 基于 NOx 传感器的闭环控制策略18-20
• 1.3.4 基于氨存储特性及氨泄漏控制策略20-23
• 1.4 车用 SCR 技术研究现状23-25
• 1.4.1 国外研究及应用现状23-24
• 1.4.2 国内研究及应用现状24-25
• 1.5 课题的提出及本文主要研究内容25-27
• 1.5.1 课题的提出25-26
• 1.5.2 主要研究内容26-27
• 第二章 SCR 电控系统原理特性分析及方案设计27-33
• 2.1 SCR 电控系统原理分析27-28
• 2.1.1 SCR 电控系统的组成27-28
• 2.1.2 SCR 电控系统的工作原理28
• 2.1.3 SCR 降低 NOx 的主要化学反应28
• 2.2 柴油机 NH3-SCR 特性台架试验研究28-31
• 2.2.1 柴油机 NOx 原机排放28-29
• 2.2.2 氨气喷射量对催化剂的影响29-30
• 2.2.3 催化剂最大转化效率 MAP 制定30-31
• 2.3 SCR 电控系统平台的功能需求分析31
• 2.4 SCR 电控系统平台的总体方案设计31-32
• 2.4.1 硬件设计要求31-32
• 2.4.2 软件设计要求32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 固体 SCR 控制系统的硬件设计33-44
• 3.1 ECU 选型原则及相关技术资料33
• 3.2 控制器的硬件功能33-34
• 3.3 单片机硬件电路设计34-40
• 3.3.1 复位电路设计34-35
• 3.3.2 时钟电路设计35-36
• 3.3.3 电源电路设计36
• 3.3.4 D/A 电路设计36-38
• 3.3.5 测温电路设计38
• 3.3.6 喷嘴驱动电路设计38-39
• 3.3.7 RS232 串口通讯电路设计39-40
• 3.4 CAN 通讯电路设计40-42
• 3.4.1 MSCAN12 模块及特点40-41
• 3.4.2 CAN 通讯电路设计41-42
• 3.5 控制器的硬件抗干扰措施42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 控制系统软件设计44-53
• 4.1 控制策略设计44-47
• 4.1.1 基于 Matlab/Simulink 的控制算法模块搭建44-46
• 4.1.2 控制模块软件在环仿真46-47
• 4.2 自动代码生成47-49
• 4.2.1 基于 RTW 工具箱的自动代码生成47-48
• 4.2.2 基于 Code Warrior 的底层程序设计48-49
• 4.3 控制系统程序整体流程图49-50
• 4.4 CAN 通讯系统设计50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 SCR 控制系统实验验证53-63
• 5.1 实验设备说明53-57
• 5.1.1 Dynas3 HT 系列- HT350 测功机53-54
• 5.1.2 实验发动机54-55
• 5.1.3 SCR 催化剂55
• 5.1.4 燃料及还原剂55
• 5.1.5 氨气储存和喷射控制单元55-56
• 5.1.6 上位机控制软件56-57
• 5.1.7 主要测试设备57
• 5.2 实验方法设计57-61
• 5.2.1 NOx 转化效率计算57-58
• 5.2.2 ESC 测试工况设计58-59
• 5.2.3 ETC 测试工况设计59-61
• 5.3 实验结果分析61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63
• 6.2 未来工作展望63-65
• 参考文献65-68
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单68-69
• 致谢69

【参考文献】

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本文编号：825724