基于模型的船舶柴油机SCR系统控制方法研究

摘要

为控制船舶发动机日益严重的排气污染，国际海事组织（IMO）出台了MARPOL公约附则VI。目前，选择性催化还原（SCR）是船舶发动机达到附则VI规定的Tier III NOx排放控制标准最有效的方法之一。本文通过建立SCR化学反应动力学模型和发动机排气特性模型，并结合发动机和SCR系统台架试验数据，开展了尿素喷射控制方法研究。
　　首先，对SCR系统的化学反应过程进行了分析，建立了SCR化学反应动力学模型，并在Matlab/Simulink上分别建立了反应过程的NOx模型、NH3模型、储氨模型和温度模型，构成了SCR反应整体模型。
　　其次，在分析影响柴油机排气特性主要因素的基础上，根据试验设计方案对原柴油机进行了排气特性试验，建立了BP神经网络柴油机排气特性模型，模型验证相对误差为6％，并在运转范围内进行了排气特性预测。
　　再次，在SCR试验台架上进行了试验，对SCR模型参数进行了修正，模型参数修正结果为 probcS??=15.0432，kSCR=2.5852m2/s，Ea,SCR=31283J/mol,修正后的 SCR模型预测值与SCR试验台架数据相对误差为12%。
　　最后，以柴油机E3试验循环模式为例，根据发动机排气特性模型和SCR模型，确定该循环模式下的基本尿素喷射量，并结合瞬态修正和反馈修正，提出了初步的尿素喷射控制策略。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 柴油机NOx排放控制技术

1.3 SCR技术控制策略的研究现状

1.4 本文技术路线

1.5 本文主要研究内容

第2章 SCR催化还原反应模型和控制模型

2.1 SCR系统结构

2.2 SCR催化还原反应

2.3 SCR催化还原反应机理

2.4 SCR催化还原数学模型

2.5 SCR反应器模型

2.6 本章小结

第3章 柴油机排气特性模型的建立

3.1 BP神经网络介绍

3.2 建立柴油机排气模型的试验设计

3.3 排气神经网络模型

3.4 BP网络模型验证及排气特性预测

3.5 本章小结

第4章 SCR试验与模型验证

4.1 柴油机SCR后处理台架

4.2 尿素基本喷射量计算

4.3 NH3逃逸测量

4.4 SCR模型验证

4.5 本章小结

第5章 SCR系统的控制策略研究

5.1 SCR系统的开环控制和闭环控制

5.2 基于权重的SCR喷射策略研究

5.3 E3试验循环下喷射控制策略

5.4 本章小结

第6章 全文总结和工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

在校期间发表的学术论文