基于MBD的柴油机Urea-SCR电子控制系统的研究与开发

发布时间：2020-08-09 08:23

【摘要】：柴油机由于具有功率高、扭矩范围广等众多优点而被广泛应用,但同时也带来了排气污染等困扰。随着排放法规的日趋严厉,后处理技术已经成为柴油机不可或缺的一部分,SCR(Selective Catalytic Reduction)技术因其具有燃油经济性好等优点而被认为是适合我国国情的主流后处理技术,此技术对柴油机排气污染物NO_X具有显著净化效果。目前市场上的SCR系统,特别是电子控制系统,外资企业占据了绝大部分份额,国内还没有掌握核心技术以及拥有成熟稳定的产品与之竞争。因此本课题对SCR系统及其核心部件进行电子控制系统的研究与开发具有重要意义。本文主要开展的工作如下:1、SCR系统搭建:在探讨了国内外SCR系统应用与研究的基础上对比了空辅式与非空辅式SCR系统;基于本课题组自主设计的尿素泵搭建了SCR系统,以提高系统稳定性为目的,进行了系统结构优化。详细分析论述了系统的工作原理,并对系统各部件进行了具体探讨。2、控制器硬件电路设计:具体分析了SCR系统的需求,基于恩智浦(NXP)16位单片机MC9S12XEP100进行了硬件电路整体框架设计以及各部分功能模块电路设计。具体电路设计主要包括MCU(Microcontroller Unit)的选型、电源处理电路设计、CAN(Controller Area Network)通信电路设计、输入信号调理电路设计和输出驱动电路设计。3、策略研究以及软件设计:基于模块化、功能化原则,参照AUTOSAR(Automotive Open System Architecture)标准将SCR系统软件分为底层、中间层和应用层。基于SimulinkStateflow进行了SCR系统策略研究以及应用层软件开发,主要包括系统协调控制模块、尿素需求量计算模块、低温加热模块以及OBD(On-Board Diagnostic)故障诊断模块。针对传统软件开发所面临的效率低、工作量大、人工编写代码困难等弊端,本课题在深入探讨的SCR系统理论模型算法的基础上,采用MBD(Model-Based Design)开发流程进行了SCR系统算法建模、模型的仿真验证以及模型至C代码的自动生成。4、实验与试验验证:在CodeWarrior IDE中将生成的应用层代码与底层中间层代码集成,下载到控制器中进行了相关实验与试验验证。在实验室环境下搭建了尿素泵实验平台,进行了尿素泵的功能验证与计量喷射精度验证,实验结果表明本课题开发的尿素泵可以正常运转,且计量喷射精度较高。在台架试验环境下,对某款匹配本课题所开发的SCR系统的柴油机进行了试验验证,试验结果表明ESC和ETC氮氧化物NO_X排放值分别为1.606g/(kWh)和1.527 g/(kWh),可以达到国五排放限值标准。
【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】：U463.6
【图文】：

图 1.1 海力达 SCR 系统Fig. 1.1 The system of Hilite SCR对 SCR 系统，丹麦公司格兰富（GRUNDFOS）于 2006 年推出了自己的 SDS（Urea Dosing System）[13]。该系统后来也成为了空辅式 SCR 系统的典范过尿素泵实现计量功能，尿素泵为隔膜泵，通过控制电机转速带动隔膜往复行计量；该系统结构相对简单，对柴油机排放的 NOX污染物净化显著。国康明斯公司（CUMMINS）采用 IEM 技术路线，将发动机缸内净化和排气一起[14]。该系统同样采取了 SCR 后处理技术路线，系统可以根据柴油机工实时调节尿素喷射量，通过标定可使柴油机达到国五排放水平。外，天纳克（TENNECO）、依米泰克（EMITEC）、佛吉亚（FAURECIA）、LBONAIR）、德尔福（DELPHI）等国外公司都已经开发出成熟的 SCR 系统业的这些产品性能较好，但其价格却一直居高不下。、策略控制研究现状

图 1.2 凯龙 SCR 系统Fig. 1.2 The system of Kailong SCR述企业外，国内还有许多公司自主研发 SCR 系统及其相关零部件、西安秦泰等；这些国内企业的研发有效的阻止了国外零部件巨头CR 系统的市场价格，对国内的经济发展具有重要意义。略控制研究现状学帅石金教授、胡静博士、张人选博士等对重型柴油机 SCR 系统进尿素需求量方面对基于脉谱图的开环控制和基于 NOX传感器的闭环探讨与介绍；在 OBD 方面基于 ISO15765 等诊断协议设计了 SCR器方面基于恩智浦 MC9S12X 系列芯片开发了 SCR 电子控制单元，，结果表明所开发的 SCR 系统可以使所匹配的柴油机满足相关法学张建锐博士分别研究了满足国Ⅳ排放标准和满足国Ⅴ排放标准Ⅳ排放的算法为基于脉谱的开环控制，满足国Ⅴ排放的算法为基于

及其系统进行了相关研究，并取得了相关成果。开发流程系统实现的核心是其控制策略，具体表现形式为软件，因此对于软件的件开发贯穿于产品开发的整个周期，为了提高产品的开发效率，需要选方法。目前行业内主要有两种开发方法：传统编写代码开发方法以及基程。开发方法行业控制器软件的传统开发方法如图 1.3 所示，主要有需求定义、软件及测试验证四个步骤。从第一个汽车电子装置的出现，到早期大量电子的汽车电控软件开发方法贡献了很大的作用。但在这数十年的应用过程也暴露出了一些缺点和弊端：

【参考文献】

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1 鲍伟东;李焕;郭为君;;国Ⅳ排放重卡气助式与非气助式尿素喷射系统的对比分析[J];汽车实用技术;2014年06期

2 刘军;李敏;秦国振;;柴油机选择催化还原系统的DCU控制研究[J];汽车技术;2013年01期

3 帅石金;唐韬;赵彦光;华伦;;柴油车排放法规及后处理技术的现状与展望[J];汽车安全与节能学报;2012年03期

4 张人选;张云龙;帅石金;;重型柴油机SCR后处理系统在线故障诊断功能的开发[J];汽车工程;2012年02期

5 刘军;董孝虎;董晶晶;;NO_x选择催化还原系统添蓝计量供给装置的研制[J];汽车技术;2011年10期

6 张春润;黄利平;庞海龙;李浩;邓成林;;柴油机Urea-SCR还原剂供给系统国外研究现状[J];内燃机;2011年05期

7 赵彦光;胡静;华伦;陈镇;帅石金;王建昕;;钒基SCR催化剂动态反应及氨存储特性的试验研究[J];内燃机工程;2011年04期

8 胡静;赵彦光;陈婷;陈镇;张云龙;帅石金;王建昕;;重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究[J];内燃机工程;2011年02期

9 胡静;赵彦光;陈婷;陈镇;张云龙;帅石金;王建昕;;重型柴油机SCR后处理系统尿素喷射电子控制单元开发[J];内燃机工程;2011年01期

10 黄文伟;孟凡生;;柴油发动机尾气后处理技术的发展[J];内燃机;2010年04期

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1 刘传宝;柴油机氨基SCR系统控制策略与匹配研究[D];武汉理工大学;2013年

2 赵彦光;柴油机SCR技术尿素喷雾热分解及氨存储特性的试验研究[D];清华大学;2012年

3 张建锐;重型柴油机SCR尿素喷射控制策略研究[D];吉林大学;2011年

4 佟德辉;降低车用柴油机NOx排放的SCR技术控制策略研究[D];山东大学;2009年

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1 吴若男;基于NO_x传感器的柴油机SCR催化器控制策略的研究[D];合肥工业大学;2017年

2 邱松林;柴油机SCR控制器的设计[D];合肥工业大学;2017年

3 蒋永炜;柴油机SCR电控系统开发及试验研究[D];北京理工大学;2016年

4 刘甲伟;柴油机SCR系统OBD关键功能模块诊断策略的研究[D];吉林大学;2014年

5 冯川;柴油机Urea_SCR控制器研究开发[D];武汉理工大学;2013年

6 王宏莎;CAN总线收发器电路的设计与研究[D];电子科技大学;2013年

7 王良林;柴油机SCR无空气辅助尿素喷射系统控制技术开发[D];吉林大学;2012年

8 简辉;共轨柴油机SCR系统及其OBD功能研究[D];浙江大学;2012年

本文编号：2786860