基于SCR老化特性的控制策略研究

发布时间：2020-07-12 12:28

【摘要】：由于发动机尾气排放标准的提高,传统的SCR控制策略已不能满足国Ⅴ排放法规,提出新的SCR(Selective Catalytic Reduction)控制策略已成为各国研究重点。本文以现有的控制策略为基础,提出全新的基于SCR老化特性的控制策略,并开发相配套的软件,实现更高效的NOx转化,主要研究内容如下:(1)老化机理分析:1)分析研究铜基分子筛催化剂SAPO-34催化机理,建立分子筛催化转化器老化三态模型,从而建立基于SCR化学反应速率模型的SCR催化器模型,对SCR模型进行求解;2)分析研究老化机理,以铜基分子筛催化剂SAPO-34的老化机理为基础,分析研究四类主要失活因素(高温失活、化学元素中毒、焦化结块和机械损伤)对铜基分子筛催化剂的影响,得出高温失活是分子筛催化剂的主要失活方式,并且提出基于团簇速率与反应速率的老化动力学模型。(2)建立老化控制策略模型:1)提出基于前置温度传感器的温度计算模型,求得载体温度与气体温度,并且对前置温度传感器进行标定,最后采用模型仿真与实验的对比验证;2)提出基于瞬时反应平衡态的NOx生成机理计算模型,以传感器获取的NOx值为基准,加入中冷水温与进气温度的NOx温度修正系数,结合老化系数对NOx原排进行修正,并且对NOx传感器进行标定,最后采用模型仿真与实验对比验证;3)提出基于温度计算模型的老化系数计算模型,对SCR老化特征进行分析,并且对老化模型的参数进行实验求解,利用GT-POWER软件建立老化系统模型求取各参数的辨识值;4)提出基于老化系数的尿素喷射修正策略,根据NH3的最佳吸附比保证NOx的转换效率和NH3的低泄漏,并且提出模型自校正方式,对尿素喷嘴进行标定;5)采用GT-POWER自带的发动机模块结合SIMULINK进行联合仿真,SIMULINK建立的老化控制策略模型的准确性采用实验与仿真结果进行对比进行验证。(3)软件开发是将老化控制策略模型通过SIMULINK自带的RTW模块转化为代码,自动转换代码需要配置的参数有三类,配置SOLVER、硬件规格配置和输出目标文件;并且设计信号采集与预处理程序与老化控制程序,并且对老化控制程序进行验证;开发上位机软件以便于人机交互,上位机软件是基于LABVIEW开发环境进行设计,包括数据交换设计和上位机界面;上位机界面包含实时数据采集,状态监测和历史数据采集三个部分;硬件选型,选取的微处理器为16位强性能的芯片S12XEQ64,并且设计选取电源模块,信号采集模块与通信模块,以此为硬件的基础结合某公司的平台进行后续实验。(4)实验验证,台架验证实验室依据ESC稳态十三工况点测试对不同老化程度的催化剂,将传统控制策略与老化控制策略的结果进行对比,表明老化控制策略可在老化程度较深的SCR控制器上达到良好的控制目的;延长SCR催化器寿命的方法有三类:1)保证燃油品质;2)采用老化控制策略;3)再生措施。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X734.2;O643.363
【图文】：

基于SCR老化特性的控制策略研究

DeNOxtronic6.5系统

基于SCR老化特性的控制策略研究

EcoFitTM系统

反应机理

转化器的老化是个非常冗杂的物（理）化（学）过程，不与分子筛催化转换器的设计方式，催化剂的配方与制备对分子筛催化转化器的老化要素进行剖析，通过对分子研究，从而得到其主要老化形式，进而对老化特性进行研催化机理，而后才能根据 SCR 催化器的催化机理搭建 SC理理，即 SCR 分子筛催化剂表面活性组分参与的 NH3 与尾理。SCR 催化原理现今存在两种理论思路，第一种可称为 EH 反应机理[43]。机理：NH3 首先与分子筛催化剂的表面活性组分发生反，而后中间产物与排气中的 NOx 发生反应生成 N2 和 H示，图中 A 表示为气态 NOx（NO 和 NO2 等），B 表示的活性组分结合产生的 NH3P，C 表示为 NOx 与 NH3 发质 N2 和 H2O。

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