柴油车排气PM和NOx后处理集成控制单元的研究和设计

发布时间：2020-05-16 19:38

【摘要】：为了限制柴油机广泛应用所带来的日益严重汽车排气污染,相应的法规越来越严格,单一的后处理系统已不再可行,必须集成多种的后处理技术。DPF(Diesel Particulate Filter)能够减少柴油车90%以上的碳烟颗粒(PM)排放,SCR(Selective Catalytic Reduction)可使排气中氮氧化物(NOx)的转化效率高达95%,而柴油机的主要排放物分别是PM和NOx,DPF和SCR系统是未来柴油车后处理系统不可或缺的部件。目前,法规的更新超过技术的更新,导致后处理控制系统工作性能与预期存在差距,需对各后处理系统及其集成技术做深入研究。基于对国内外现有先进DPF和SCR系统控制技术的分析,根据欧VI相应法规对PM和NOx的排放限值,选择DPF系统的再生控制系统,并设计了SCR控制软件层,使两者有机的组合。主要的研究内容如下:1、柴油机后处理系统工作原理及开发方式的研究。阐述SCR系统基本工作原理及基本组成部件,分析其催化器内部的化学反应式,提出利用全自动代码生成方式开发其软件层;介绍DPF系统主、被动再生方式,根据国内实际情况选择其再生方法和再生时机;最后对世界统一测试循环和欧洲测试循环的测试条件进行对比研究。2、利用MATLAB/Simulink开发控制器底层驱动。利用Simulink中S-Function函数开发MC9S12XEP100芯片底层通用模块,编写TLC(Target Language Compiler)文件实现自动代码生成功能,通过编写脚本实现目标系统配置、代码生成过程定制以及Codewarrior的调用,最后对各通用底层模块进行测试。3、运用Simulink工具开发SCR系统软件层。对SCR系统应用层软件进行架构,并根据其控制策略,运用分模块化的设计思路,在Simulink中建立SCR系统状态判断模块、尿素基本喷射量和反馈修正模块、数据处理模块以及任务执行模块,分别实现对系统运行状态判断、基本尿素量的计算、SCR系统数据的采集和驱动执行器工作。4、CAN总线半实物仿真验证。分析整个系统代码生成的过程,编译并下载到开发板中完成SCR控制器设计;在CAN总线仿真软件中模拟发动机节点,通过向控制器发送发动机的相关信息来控制尿素计量泵相关动作,并在CAN总线仿真软件调试平台上观察尿素喷射量的变化。5、后处理控制系统的台架实验。将所选择的DPF再生控制系统和自主开发SCR控制器进行有机的组合,在世界统一测试循环测试PM和NOx的排放,验证后处理系统是否满足欧VI的排放法规。试验结果表明,利用全自动代码设计的SCR控制系统与所选择的DPF控制系统有机组合,能实现PM再生的同时提高SCR系统NOx的转化效率,PM和NOx排放量均能控制在欧VI法规限值以内。
【图文】：

CR 系统介绍及其控制系统开发方式SCR 系统综述油机的排气温度低、氧气含量高，排气中 NOx 含量高，目前就柴油车后处理SCR 和 LNT 技术更适合用于复杂多变工况下的柴油机。LNT 技术由于低温率低、控制系统相对复杂，另外柴油中的含硫量对 LNT 技术敏感度较高，因是 SCR 系统控制 NOx 的排放。SCR 系统通过向排气管路中喷射定量的还原态氨、尿素溶液以及烃类，与排气管路中的 NOx 发生化学反应，从而实现降作用。因氨储运存在困难，还原剂为尿素与水混合比例为 32.5%。图 2.1 为 图，，主要由四大部分组成，包括含有催化剂、载体的催化器，提供各种物质用于控制尿素量喷射以及系统监控的 SCR 系统电子控制单元；用于还原剂计输系统；用于存储还原剂的尿素溶液箱。

柴油车排气 PM 和 NOx 后处理集成控制单元的研究和设计(DPF)及其再生系统选择述形陶瓷结构装置，由成千个沿轴向方向的平行通道组成口通道的出口端和出口通道的入口端均被被堵住，当排壁面进入到相邻的出口通道，过滤网结构是由 DPF 内态组分通过，而体积较大的 PM 颗粒物被捕集沉积在入，图 2.4 为 DPF 系统捕集颗粒过程。DPF 系统的捕集效的 PM 能被其过滤，减少柴油机排入大气中悬浮颗粒，部件。但过滤下来的 PM 需定期去除，使 DPF 系统得到 DPF 控制系统关键问题。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X734.2

【参考文献】

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本文编号：2667209