柴油机SCR系统降低排放控制技术的研究

摘要

本文在试验用柴油机和SCR系统的基础上,寻求提高SCR系统降低NOx排放能力的方法。在柴油机实验台架上连接Urea-SCR系统,测试柴油发动机稳态工况ESC排放数据,dSPACE工具进行监控Urea-SCR系统,获取实时温度,进排气压力等具体参数指标,监测柴油机台架系统实验参数,控制计量泵实时喷射量在dSPACE ControlDesk实验工具的基础上研究Urea-SCR系统的电子控制方案;利用NOx传感器检测NOx的含量和转化率,进一步研究Urea系统尿素的注入和喷射策略等技术问题。具体内容分为以下五部分:
　　(1)柴油机原机NOx排放性能及尿素水溶液理论需求量模型研究,按照GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》的要求,对试验用柴油机进行原机ESC排放测试试验,获得柴油机在ESC各工况点的原机NOx排放值和SCR系统尿素供给量,了解SCR系统尿素喷射规律。
　　(2)建立尿素水溶液理论需求量模型。依据SCR反应中尿素、NH3与NOx的量化关系,推导出尿素水溶液理论需求量计算式,并根据柴油机原机NOx排放值,建立尿素水溶液理论需求量模型。将理论需求量模型与实际的尿素供给量作对比,分析理论量与实际量之间产生差异的原因。
　　(3)在基于SCR系统原机ESC循环排放试验研究的基础上,对柴油机系统进行全工况排放的验证实验,并在研究SCR系统特性上制定出柴油机的原机排放脉谱图、排气背压脉谱图、排气流量脉谱图等,详细了解柴油机原机外特性和排放特性。在原机全工况排放试验的基础上加装 SCR催化器再次进行全工况排放试验,并对NOX排放降低量脉谱图、NOX转化效率脉谱图、各工况实际尿素喷射流量脉谱图、单位尿素喷射速率对NOx降低量脉谱图进行分析。
　　(4)运用dSPACE工具控制SCR系统还原剂喷射过程,在dSPACE软件Control Desk中控制模块输入计量泵所需实时电压量信号,dSPACE/Mirco-Autobox中DAC接口连接计量泵模拟量电压端口,将模块所输入电压值直接输入到NEW DOSE计量泵中,使用Constant/Value模块对DAC输入电压实时量进行控制,输入电压值使计量泵接受输入电压范围,设计完成依靠 dSPACE/Control Desk和dSPACE/Simulink软件对计量泵输入电压量进行控制以调节尿素的实时喷射量,在发动机SCR实验实时控制界面中使用。
　　(5)后续实验中使用流量计记录实际喷射量,对控制还原剂喷射量对NOx排放的降低效果进行研究,对几次NOx排放试验进行分析,四次试验分别是原机排放,未加装SCR系统由DCU喷射尿素、加装SCR由DCU控制喷射尿素、加装SCR系统自主控制喷射尿素试验过程。后两次结果已达到欧Ⅳ标准排放指标,但通过自主控制尿素喷射对降低NOx排放结果比DCU控制尿素喷射降低NOx排放效果更佳,NOx转化效率也最高。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 柴油车排放污染防治技术政策

1.4 车用污染物排放标准

1.5 SCR技术介绍

1.6国内外SCR技术的研究现状

1.7课题来源及研究内容

1.8本章小结

第二章 SCR系统选择性催化还原反应原理

2.1 SCR催化剂原理

2.2 SCR催化剂的反应机理

2.3还原剂的分解反应过程

2.4 SCR系统降低NOx的化学反应机理

2.5 本章小结

第三章 柴油机排放检测试验装置

3.1柴油机台架系统

3. 2原有 DCU控制Urea-SCR系统

3.3自主设计 SCR还原剂喷射和计量系统

3.4 NOX测量传感器

3.5温度传感器

3.6气体分析仪

3.7本章小结

第四章 基于dSPACE柴油机SCR系统实验平台的建立

4.1 dSPACE实时测试平台的硬件设计

4.2 NOx 传感器在dSPACE硬件实时测试平台应用

4. 3 dSPACE中 RapidPro原型工具在SCR系统中的应用

4.4 RapidPro 中ConFiguration Desk 硬件操作系统

4.5 dSPACE软件控制SCR系统还原剂喷射过程

4.6本章小结

第五章 SCR系统的控制策略研究

5.1 SCR还原剂理论需求量计算

5.2 SCR控制策略

5.3 还原剂喷射整体控制策略设计

5.4本章小结

第六章 SCR系统控制策略的验证实验

6. 1发动机原机参数脉谱图的制定

6. 2发动机原机排放脉谱图的制定

6.3 SCR系统排放脉谱图的制定

6.4本章小结

第七章 SCR系统降低排放的实验方案的研究

7.1发动机原机NOx排放测试试验

7.4 ESC试验中二次污染气体泄漏量对比分析

7.5本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2主要创新点

8.3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢