柴油机Urea-SCR控制系统设计与试验

SCR后处理技术是目前降低柴油机NOx排放量的主流技术,首先基于自主开发的SCR控制系统,阐述了系统的组成、工作及反应原理。其次通过协调控制策略以确保系统内部各模块运转正常,通过原机排放模型和化学反应动力学模型作为前馈控制得到尿素基本供给量,通过排温修正模型进行瞬态排温修正,利用发动机排温和储氨量的对应关系对氨泄漏进行有效控制,根据OBD法规要求当发动机NOx排放量超标时进行报错。最后对系统中的各类传感器、执行器特性及原机排放MAP、目标转化效率MAP进行了标定。系统与某型号发动机匹配良好,经ESC循环测试NOx比排放量为1.52 g/(k W·h),ETC循环测试NOx比排放量为2.09 g/(k W·h),控制系统能够有效地降低NOx排放量,满足国Ⅳ排放法规。     

SCR系统尿素水溶液喷雾分解影响因素数值模拟

为研究柴油机SCR系统的尿素水溶液喷雾分解规律,建立了SCR尿素水溶液喷射雾化模型,进行了尿素喷射及雾化过程的数值模拟,分析了排气温度、排气流量、喷射速率和喷嘴布置位置对尿素水溶液分解的影响。结果表明,随着排气温度的升高,排气管内壁尿素水溶液粒子密度逐渐降低,且排气管内壁出现尿素水溶液粒子堆砌的位置逐渐后移,NH3体积分数随排气温度的升高呈先升高后降低的变化趋势,400℃时的NH3体积分数较高;随着排气流量的增大,排气管内壁出现尿素水溶液粒子堆砌的位置明显后移,NH3体积分数降低;随着尿素水溶液喷射速率的增大,排气管内壁尿素水溶液粒子密度逐渐增大,NH3体积分数呈近似线性增加,排气管内壁出现尿素水溶液粒子堆砌的位置基本不变;随着距离喷嘴布置位置的增大,尿素水溶液粒子的热解和水解反应进行更为充分,NH3体积分数逐渐增大。     

柴油机尿素SCR系统氨覆盖率跟踪控制器设计

柴油发动机尿素选择催化还原(Urea-selective catalytic reduction,Urea-SCR)控制系统以尿素的喷射量为控制输入,通过精确控制尾气后处理装置中氨的覆盖率,将尾气中有毒的氮氧化物还原成无毒的氮气和水。针对车载Urea-SCR系统具有非线性,干扰动态难以建模的特点,设计了工程中常用的前馈加反馈结构的2自由度控制系统。前馈控制器部分采用微分平坦方法,根据氨覆盖率的期望值,得到了前馈控制输入;在此基础上,将Urea-SCR系统在前馈控制输入的平衡点处进行泰勒展开,将尿素未转化量的建模动态及参数不确定性等考虑成幅值有界的扰动输入,进而设计了满足H∞性能指标的反馈控制控制器对氨覆盖率进行精确控制。最后,通过在发动机动力学仿真软件en DYNA中FTP75测试循环的仿真实验,验证了算法的跟踪性能和鲁棒性。     

NTP辅助SCR降低柴油机NOX排放的机理研究

为了研究低温等离子体在低温条件下辅助SCR降低柴油机NO_X排放过程中的作用机理,设计搭建了NTP-NH_3-SCR复合系统。在实验过程中,利用3个气体分析仪对NTP,NH_3-SCR系统、NTP-NH_3-SCR复合系统的净化效率进行独立测算,得到了3种净化系统对NO_X净化效率随温度变化的曲线。结果显示,在低于250℃的低温条件下,SCR对NO_X的净化效率较低,但在NTP的辅助下,能把NO_X净化效率从不高于40%提高到60%以上,且温度越低,NTP的加入对SCR降低柴油机NO_X的净化效率提高越明显。根据电晕放电理论,分析了NO_X流经NTP时产生的物理化学变化,结果表明,在低温工况下,NTP预氧化NO对SCR减少柴油机NO_X排放量有较大的促进作用。     

柴油机SCR系统尿素分解效率研究

提出柴油机SCR系统尿素分解效率的理论计算方法。试验研究了柴油机SCR系统尿素分解效率、NOx转化效率以及NH3泄漏量的关系,分析了空速、氨氮比、SCR温度对三者的影响。结果表明,NOx的转化效率与尿素分解效率的变化趋势基本相同;在催化剂活性温度范围内,尿素水溶液最终分解出NH3的效率都在90%以上;随空速的增大,尿素分解效率先增大再减小;氨氮比为1时,NOx的转化效率较高,但是NH3的泄漏量超出限值;氨氮比对尿素分解效率几乎没有影响;排气温度上升时,尿素分解效率增大。空速和SCR温度是影响尿素分解效率的最大因素。提出的计算方法能够呈现尿素分解效率的变化趋势,为提高SCR系统工作效率提供了依据。     

柴油机SCR开环控制系统尿素计量脉谱标定方法

在设计某型号国Ⅳ柴油机选择性催化还原系统SCR时,为了快速标定SCR控制器,采用空间填充试验设计得到130个优化工况点,使试验规模减小了2/3。基于排放特性试验数据库和催化器特性试验数据库,利用神经网络开发了目标柴油机排放模型和催化器模型。基于催化器模型,通过多目标优化计算得到尿素计量脉谱,ESC循环试验证明所标定的脉谱精度满足控制要求。     

柴油机SCR后处理系统控制策略

国Ⅳ/Ⅴ柴油机采用SCR后处理技术相比其它技术有更多优势。为开发NH3-SCR后处理系统控制策略,采用试验与仿真相结合的方法,首先应用状态机理论设计SCR系统协调控制策略,并在Matlab平台中进行仿真测试,然后通过台架试验对建立的原机排放预估模型、催化器内部氨氮反应当量比计算模型和NH3目标覆盖度预估模型进行测试和标定,最后完成催化器载体瞬态温变滞后修正算法和瞬态工况NH3泄漏控制策略。设计的SCR控制系统瞬态工况的鲁棒性好,NOx转化率控制在60%左右,NH3泄漏平均值控制在1.0×10 -5 以下。将基于本系统控制策略的计量控制单元（DCU）应用到目标发动机,ESC和ETC试验测试的NOx比排放分别为3.01g/(kW·h)和3.15g/(kW·h),满足国Ⅳ标准。     

SCR控制策略的研究

SCR作为目前欧Ⅳ排放的主流技术已经越来越受到国内企业的重视。本文根据SCR的反应机理建立了SCR的系统模型,并在此基础上给出了SCR的控制策略。从发动机以及各外部传感器采集信号,经过AD转换后通过DCU并根据MAP图插值可获得实际工况下"添蓝"目标喷射量。     

柴油机Urea-SCR尾气处理方法研究

SCR(选择性催化还原)是目前研究最为广泛的柴油机NOx排放后处理技术。通过NOx预测值估算出该柴油机尿素还原剂的需求量,进而将一定量的尿素水溶液喷入排气管中,并在柴油发动机台架上进行了ESC柴油机稳态循环测试及部分速度特性,验证了SCR系统的可行性、减排效果,及其对柴油机性能的影响。     

Urea-SCR系统尿素喷射数据驱动预测控制研究

为了同时实现较高的NOx转化效率和较低的NH3逃逸量这一矛盾的排放控制需求,基于数据驱动预测控制技术设计了一款urea-SCR系统尿素喷射控制器。数据来自某型号柴油机台架ETC瞬态循环测试试验,控制器直接由四输入及两输出(预测输出和约束输出)耦合激励再分离得出。基于系统的实际物理特性,在控制问题描述中明确考虑了输入输出量的时域约束。考虑到相对参考无偏的控制需求,预测方程采用增量型。台架测试表明,激励工况下,控制器能够满足优化问题提出的排放控制目标;非激励瞬态工况下,对于工况变化不确定性引起的干扰,控制器具有较好的鲁棒性。     

柴油机SCR技术控制的研究

柴油机选择性催化还原(SCR)技术具有的经济性,对硫的低敏感性,无疑将成为减少机动车NOx排放最有前景的方法之一。介绍了柴油机SCR的机理,影响SCR转化效率的主要因素。针对我国SCR技术提出了喷射控制策略及其瞬态喷射修正方案。     

基于OBD Ⅱ尿素罐液位传感器故障诊断策略研究

以满足国Ⅴ排放标准的带有选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)的高压共轨柴油机电控系统为对象,研究故障诊断系统的传感器故障诊断策略。针对尿素罐液位传感器进行故障分析,采用MATLAB/Simulink软件建立故障诊断策略模型,对模型进行模拟仿真并在仿真测试平台上进行故障诊断策略模型的理论验证。研究结果表明:采用该策略能够有效实现尿素罐液位传感器的故障诊断。     

农村生活污染现状与防治措施——以泸县(濑溪河流域内)为例

农村环境污染问题日趋严峻,成为新时期农村发展的限制性因素。以泸县(濑溪河流域内)为例说明农村生活污染的严重性,农村生活污染物COD(化学需氧量)、NH3-N(氨氮)排放量均高于农田径流污染物COD、NH3-N排放量,相比农田径流污染物COD和NH3-N(氨氮)排放总量,农村生活污染物COD和NH3-N排放总量占有更大比重,比例基本是3∶1,可见农村生活污染尤其值得重视,并提出相应的治理建议以减小污染。     

排放达国Ⅴ重型柴油机开发技术研究

为了满足重型汽车国Ⅴ排放法规要求,基于达到国Ⅳ排放标准的一款小型柴油机平台,进行开发国Ⅴ柴油机的技术开发研究,匹配大于3.5吨的国Ⅴ卡车或物流商用汽车。柴油机采用增压中冷、四气门、双顶置凸轮轴、VGT增压器、高压共轨燃油喷射、电控水冷EGR等结构设计,采用氧化催化器EGR+DOC+DPF(颗粒捕集器)或DOC+SCR(选择催化还原技术)的排放技术路线。     

基于尿素-SCR后处理系统还原剂喷射单元开发

针对日益更新的柴油车排放标准,开发了以尿素为喷射还原剂的新型电子控制单元(DCU),并对其控制策略进行了研究。采用型号MC9S12DG256的16位高速单片机作为控制单元,它具有结构紧凑、性能可靠的特点,并且良好地提高了工作效率。根据发动机实际的NOX排放量和催化剂对NOX的转化效率,动态控制还原剂的喷射量,并通过台架试验进行验证。最终对开环控制策略与闭环控制策略进行了比较。     

柴油机EGR系统的应用技术分析及检测

为了满足日益严格的排放法规要求,降低汽车排放已成为人们共同关注的重要课题.对于柴油机来说,经济性好,动力性高,但是NOx排放量高,为降低尾气中NOx的排放,国内外汽车厂商和研究机构做了大量的研究工作,并提出了多种控制措施,如废气再循环(EGR)、推迟喷油提前角、使用多次喷射、采用高压共轨喷射系统等.相比较而言,废气再循环(EGR)系统在技术成本增加较少的情况下,降低NOx排放最为显著,因而受到了广泛重视.     

SCR系统高精度隔膜计量泵设计与试验

针对往复泵因配流单向阀运动不稳定和关闭不及时导致的计量精度不高等问题,设计了一种采用泵控式计量的轻型商用车用高精度隔膜计量泵。阐述了隔膜计量泵的结构及其工作原理,并借助AMESim仿真平台对隔膜计量泵进行了动态模拟,分析了进口单向阀阀芯的响应特性。对进口单向阀的结构进行了优化,在满足阀口最小开度的前提下,通过机械限位限制阀芯的最大开启量x_(max),降低了阀芯关闭时间和尿素液回流对输出流量的影响。最后,搭建了隔膜计量泵性能试验系统。在额定喷射压力2 MPa时,测得隔膜计量泵单次排量为0.09 mL;经结构优化后的隔膜计量泵计量精度由±5%提高至±3%;在150~420 r/min时,喷射尿素液流量可在13.5~40 mL/min范围内调节,且最大流量为2.26 L/h,能够满足轻型商用车SCR系统在不同工况下的尿素液需求。     

基于SPC563的DPF控制器底层软件开发

为了满足非道路柴油机国Ⅴ排放法规的要求,以意法半导体公司的SPC563芯片为控制器主芯片,开发用于柴油颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)控制器的底层软件驱动程序,且AD转换功能、通信功能和掉电固化功能都采用模块化的底层软件开发模式。首先将脉冲宽度调制(pulse wide modulation,PWM)波生成函数封装为接口函数,然后将开发的控制器在发动机台架和整车进行试验。试验结果表明,本系统所开发的DPF控制器底层软件驱动程序能够精准控制DPF喷射阀的喷油量,满足国Ⅴ排放法规的要求。     

柴油机Urea-SCR催化器转化效率影响因素研究

为了研究影响选择性催化还原(SCR)催化器氮氧化物转化效率的主要因素,运用计算流体动力学(CFD)和化学反应动力学的方法,对催化器载体表面的选择性催化还原过程进行了数值仿真和试验验证.结果表明,温度是影响SCR催化器氮氧化物转化效率最主要的因素,SCR催化器的最佳反应温度在350 ～ 450℃之间,空速对SCR低温转化效率有一定影响,增加NO2的浓度可提高催化器的转化效率,但NO2与NOx的体积比需控制在50％内.     

煤层气发动机稳态空燃比前馈控制脉谱生成

基于煤层气发动机进气系统的物理特性,采用平均值、多项式和模糊神经网络建模方法,建立了用于稳态空燃比前馈控制的递阶模型,并通过该模型生成了三维初始控制脉谱图.借助于辨识的过量空气系数自适应神经网络模糊推理系统(ANFIS)模型,进行了静态空燃比前馈控制仿真.利用前馈控制模型生成的数据,检验了实际控制效果.结果表明,前馈控制模型具有良好的预测能力,模型最大和平均预测误差分别小于8%和5%.