论文部分内容阅读
随着排放法规的日益严格,SCR技术已经逐渐得到了世界部分国家的认可,成为一种主流的排放后处理技术。固态选择性催化还原后处理技术(SSCR)是一种相对前沿的技术,这项技术体现出的优势也得到了业界的认可。相对于Urea-SCR,SSCR系统有以下几方面优势:(1)SSCR系统省去了尿素水解、热解的过程,降低了化学反应的不完全性,一定程度上提高了对NOx的转化效率;(2)SSCR氨气生成装置直接产生气态氨气,改善了SCR催化器氧化还原反应的低温特性;(3)氨气喷射的灵活性可以使得氨气和尾气在排气管内实现均匀混合,提高了转化速度;(4)无需尿素加注站,用户可以自行替换氨气生成装置;(5)氨气生成装置氨气存储密度大,大大降低了机动车氨气量的限制;(6)SSCR系统有安装在汽油发动机上的潜质。鉴于SSCR系统所体现出的优势和潜力,本课题组对SSCR系统进行了基础性的理论和试验研究。本文的主要任务是对课题组设计的SSCR喷射系统进行控制系统的设计和开发:(1)基于MAP的稳态喷射策略研究;(2)SSCR系统的OBD诊断策略研究。基于课题组设计的SSCR喷射系统,了解和思考SSCR系统的工作原理;通过制定相应的控制策略,使得该系统可以满足氨气的产生、喷射任务,试验验证了系统的可行性。主要工作如下:(1)对SSCR系统中的氨气喷嘴进行相关特性研究并确定喷射参数。研究了气体喷射参数对气体喷射量的影响,并分析原因;进行喷嘴计量电磁阀的修正量分析,通过台架试验的数据分析和相关设定量计算,得出无需对氨气进行密度和排气背压修正的结论;经过台架试验数据分析和氨气需求量计算,确定喷射装置最终喷射参数。(2)本文基于freescale系列单片机MC9S12XEP100MAL,完成了SSCR喷射系统控制单元硬件平台的搭建。完成了相关传感器信号采集电路及执行器控制电路的设计和搭建,试验表明本文所设计的电路能够很好的完成信号采集,同时可以保证执行器稳定工作。基于HJ437-2008法规的内容,对SSCR喷射系统的OBD模块进行了诊断策略研究。本文完成了部分OBD诊断策略的研究,主要包括系统硬件(传感器和执行器)的诊断、转化效率过低的诊断策略、氨气供给量不足的诊断策略、氨气耗尽诊断策略等。(3)本文完成了电控系统软件系统部分的设计并基于LABVIEW平台完成了上位机开发。基于Freescale单片机的软件开发工具CodeWarrior,完成了相关程序C代码的编写,具体包括传感器信号采集程序的编写、OBD诊断策略程序编写、查表函数的设计、喷射程序的编写等;上位机软件的设计主要是监测SSCR系统的参数变化以保证SSCR系统的稳定运行,同时该软件还用于OBD诊断策略的人为模拟故障的试验验证。(4)基于台架试验进行了SSCR系统稳态喷射策略研究:根据标定SCR催化器前NOx的量制取NOx排放量MAP,它是整个稳态喷射策略的基础,由标定实验数据可以计算出该发动机的原机NOx比排放为9.776g/KW.h;针对于每一个工况依次增加氨气喷射量,直到该工况的最高转化效率为止,综合十三工况的最高转化效率可知试验用SCR催化器能够满足国Ⅳ标准;分析各工况不同氨氮比的转化效率情况,综合考虑氨气消耗量、转化效果、氨气溢出、MAP平顺性原则,确定了符合国Ⅳ标准的最优氨氮比组合,得到目标转化效率MAP和氨氮比分区控制MAP;综合前面的数据分析和基础MAP,得到氨气消耗量MAP;将得到的MAP通过Code Warrior软件将制作的MAP写入控制单元,实现控制单元最终的集成,实现氨气的稳定、精确喷射。(5)采用人为模拟故障的方法,对OBD模块制定的诊断策略进行了可用性试验验证。通过对制定的执行器的机械故障、执行器的电路故障、NOx传感器的自诊断、传感器的合理性故障、NOx传感器的报文通信诊断、传感器的电路故障、催化器的转化效率诊断、氨气供给量不足的OBD诊断策略进行调试、优化,验证可知制定的多数OBD诊断策略能够实现对相应故障的诊断与监测。对没能达到诊断要求的诊断策略的失败原因进行了分析并做了改进工作。