通用型SCR还原剂喷射系统设计与评价

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近些年,面临着能源紧缺、环境危害和高油价等严重问题,中国将向着低碳、环保、高效利用能源的体系迅速转变,并且急迫地发展无污染和廉价能源来代替传统的能源。在此过渡期间,汽车的节能减排将成为转变道路上重点内容之一,其中发动机后处理技术之一的选择性催化还原技术(SCR,Selective CatalyticReduction)无疑是一条极具竞争性的过渡路线。它具有燃料利用效率高和NOx超低排放的作用,是未来汽车排放控制的重要发展趋势之一,更是适合于中国国情的汽车排放控制路线。SCR后处理系统的核心是还原剂的定量喷射控制单元,对于此部分内容的研究,我国已有大量的自主研发产品。遗憾的是这些产品构架、控制策略、信号模式一如既往的沿袭了国外的模式,一机一标,缺乏通用性,无法为全行业的进步提供支撑。主要原因是由于SCR一般与整机电控系统同时开发,而我国发动机行业在整机电子控制以及后处理系统和整机的集成与搭载等领域自主研发能力略显不足。此外,国外技术垄断的原因,后处理系统价格昂贵。主要原因是由于国外整机开发具有完全的自主性,SCR一般与整机电控系统同时开发,我国年重型柴油机产销量为100~150万台左右,国外SCR系统及机型适配成本为1万元左右。预计自主开发的喷射系统成本将控制在0.4万元左右,价格确定在0.5万元左右。搭建通用型SCR还原剂喷射系统主要研究内容包括三部分:1)无气体辅助SCR还原剂定量喷射系统开发。系统构架确定和核心子系统开发,控制单元开发,还原剂喷嘴测试2)高精度、低成本NOx传感器开发。核心部件开发。传感器集成。传感器评测。3)自学习闭环控制算法构建。构建NOx总生成量预估模型、NOx转化效率模型和氨氮比模型,实现自学习喷射量控制,系统适用性评测和再优化。本文主要阐述开环控制系统的构架确定及试验验证,主要做了如下具体工作:1)对系统的国内外发展状况以及自主开发系统的意义作了分析研究。2)掌握通用型SCR还原剂定量喷射控制系统的设计思路、构架和工作过程,以及与传统SCR喷射系统的不同点。3)对系统还原剂喷嘴做定量分析试验,包括最小喷射量测定、喷射量稳定性测定、喷射量线性确定和喷射贯穿距离。4)SCR还原剂定量喷射系统的硬件选型或设计,软件的各模块功能介绍及应用,开发上位机软件,并制定系统稳态控制策略。5)做好SCR还原剂定量喷射系统的柴油机台架试验的前提准备工作,包括外围设备和系统的各部件连接,拟定试验方案,记录试验数据及结果分析,最终NOx转化率可验证系统的可行性。
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