随着人们对环境问题的关注,排放法规的日益苛刻,柴油机排放控制相关技术的研究越来越具有意义。针对柴油机主要排放物NOx和PM的控制,目前普遍采用两种排放控制技术路线:一是通过优化燃烧降低PM排放,然后采用选择性催化还原(SCR,Selective Catalytic Reduction)技术降低NOx排放;二是通过废气再循环(EGR,Exhaust Gas Recirculation)技术降低NOx排放,然后采用颗粒捕集(DPF,Diesel Particle Filter)技术降低PM排放。考虑到燃油经济性及我国的燃油品质,SCR技术已经成为我国中重型柴油机排放控制的主要技术。然而,国内对SCR系统关键技术的研究还不够深入,尤其是SCR电控单元控制策略的开发与国外有很大差距,限制了SCR技术在我国柴油机上的国产化进展。SCR电控单元控制策略中精确控制尿素喷射量是核心目标,首先根据SCR催化器的NOx转化效率和催化器入口端的NOx排放量计算尿素需求量,再基于SCR储氨模型对尿素需求量进行调整及限值,得到最终的尿素喷射量,最后根据SCR催化器出口端的NOx排放量对尿素喷射量进行闭环修正。因此,催化器NOx转化效率的估算和入口端NOx排放量的获取是尿素量喷射控制策略的关键内容。由于催化器NOx转化效率很大程度上由催化剂温度决定,因此,在估算催化器NOx转化效率时,首先要准确的获取催化剂温度。目前的控制策略主要采用SCR催化器入口排气温度代替催化剂温度。论文通过实验发现,在过渡工况,催化器入口排气温度与催化剂温度并不一致,因此当前控制策略获取的催化剂温度不准确,导致催化器NOx转化效率估算出现偏差,造成尿素喷射量控制不准,SCR系统NOx转化效率不足,并可能出现大量氨泄露。本文建立了SCR系统温度控制模型,通过LH(Langmuir-Hinshelwood)机理得到SCR催化器内主要化学反应的反应速率,根据催化器内的气、固质量守恒和能量守恒方程,推导SCR催化器出口温度,用入口与出口平均温度代替催化剂温度,提高了催化剂温度的估算精度。确定催化器入口端NOx排放量是精确控制尿素喷射量的另一关键策略。催化器入口端的NOx排放量与发动机的NOx初始排放量一致,在SCR电控单元控制策略中,一般根据转速、喷油量进行MAP查表得到NOx初始排放量。但是,喷油量参数采用的是柴油机电控单元(ECU,Electronic Control Unit)的设定喷油量,在实际的发动机运行中,随着发动机的老化以及喷油系统的磨损,实际喷油量与ECU设定喷油量之间会出现偏差,这意味着使用设定喷油量进行MAP查表将导致NOx初始排放量的估算出现偏差。本文基于SCR催化器出口端的NOx传感器测量的氧浓度信号,建立了发动机缸内实际喷油量的诊断模型,在理论分析柴油燃烧、氮氧化物生成、SCR反应对氧浓度消耗的基础上,获得了喷油量与催化器出口端的排气氧浓度之间的数学关系,并得到了喷油量实时诊断的控制模型。最后,在柴油机试验台架上,设计实验验证了本文提出的SCR系统温度控制策略和喷油量诊断策略。对比ESC工况及过渡工况下模型计算的催化器出口排气温度和传感器测量温度,结果表明,在ESC工况,大部分工况下模型计算温度与实测温度的相对误差可以控制在5%以内;在过渡工况,模型计算温度和实测温度随时间的变化曲线有很好的一致性。对比不同工况下喷油量诊断模型计算的喷油量与油耗仪测量的实际喷油量,结果表明,大部分工况下两者的相对误差不超过5%,当扭矩超过1500N·m时,相对误差可以控制在2%以内。证明了本文提出的温度控制策略和喷油量诊断控制策略是可信的且可用于柴油机实时控制。