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。     

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。     

重型柴油机固体尿素SCR控制系统设计

目前SCR系统主要采用基于MAP的前馈控制方式,但是由于NO_X排放模型控制尿素喷射精度低、MAP标定困难等原因,导致下游NH3泄漏量大或者NO_X浓度过高。为了提高SCR控制系统喷射NH3的精确性,使NH3和NO_X的排放量均满足法规要求,针对重型柴油机尿素选择催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)后处理系统进行了研究。利用MATLAB/Simulink,搭建了化学反应模型和控制策略模型,并将两者整合为以化学反应模型为前馈控制模型。使用RTW将控制模型转化为C代码,将程序移植到Code Warrior的目标工程区进行编译调试。将调试好的程序刷入MC9S12DG256芯片,通过台架试验对所开发的DCU进行功能验证。结果表明,在欧洲稳态循环(European steady state cycle,ESC)和欧洲瞬态循环(European transient cycle,ETC)测试下,NO_X和NH3的排放量均能满足国V法规要求。     

柴油机SCR系统控制研究现状与技术挑战

介绍了柴油机典型的后处理系统结构和催化剂对SCR系统性能的影响;通过SCR催化还原机理、催化器内部反应过程的分析阐述了SCR系统的建模及标定方法;对采用开环控制、闭环控制、自适应控制、模型预测控制等方法的SCR系统控制策略和应用现状进行详细总结和分析。结合SCR系统运行特点,从SCR的低温性能、氨覆盖率的计算、NOx传感器的交叉感应现象、催化剂的老化、SCR与其它后处理部件及发动机的协同优化控制五个方面提出了未来柴油机SCR系统的技术发展方向。     

基于模型的SCRF系统控制开发

针对SCRF的控制开发,主要讨论了采用基于模型的策略开发方法。首先对SCRF系统个部件采用有限体积法,将描述温度和浓度的偏微分方程在轴线上离散为多个控制体积,对每个控制体积应用积分,进行仿真模型(工厂模型)建立。在此基础上,开发了SCRF系统控制策略,采用单独的SCRF和SCR氨存储设定控制方法,利用SCR氨存储设定与模型偏差修正SCRF氨存储设定。在MIL测试环境中,标定和验证了SCRF控制策略,能够很好地控制NOx和氨泄漏。     

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.     

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。     

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。     

轻卡重型柴油机满足国五排放的策略及技术应用

本文针对轻卡柴油发动机如何达成国-V排放技术路线进行了台架试验研究。试验机配置有DOC+SCR排放控制系统。针对国-V排放限值的挑战,本研究提出如下排放的应对策略:1)优化外特性,降低额定点转速可降低ESC排放点的颗粒排放的生成;2)进行硬件选型,对燃烧室,油嘴,增压器进行优化,降低颗粒排放;3)进行标定优化,对高颗粒排放工况增加后喷,通过优化后喷参数使在主喷油期生成的大部分颗粒及其它不完全燃烧产物在缸内氧化,对加速工况设置烟度限制以减少加速时瞬态喷油量和缸内空气量的不同步性,使燃烧得以在较高的瞬态过量空气系数下进行,从而有效地抑制加速工况碳烟的生成;4)进行后处理DOC选型,不同配方后处理对尾管排放影响较大,因此需要进行试验与分析得出成本与排放效果比较好的后处理。试验机在实施优化控制策略后,能够满足国五排放的限值。台架试验数据证明,本研究提出的排放优化策略是可行及实用的。     

BSG怠速起停系统车辆控制策略研究

对怠速起停系统节油原理及影响因素进行分析。根据驾驶员安全性、驾驶习惯和舒适性及油耗排放性能,制定BSG起停系统发动机自动停机控制策略、发动机自动起动控制策略、关闭起停系统控制策略及起停协调控制策略,并设定各控制参数阈值。应用该策略搭载实车进行试验,结果表明起停控制策略可按驾驶员要求控制车辆起停。BSG系统NEDC综合工况节油4%~5%,城市工况节油12%,实际城市使用工况节油8.1%。BSG起停系统车辆排放满足国V要求,CO和THC污染物排放量明显降低,但NOx排放量略有升高。