基于FAI计量喷射单元的SCR后处理系统控制单元的开发研究

摘要

选择性催化还原（SCR）技术被认为是目前解决柴油机NOX排放问题最为有效的方法之一。现阶段，SCR技术在欧洲已经得到了广泛的应用，在国内正处于推广研发阶段。但是目前的SCR系统依然存在着一些问题：国外的系统具有较高的稳定性和可靠性，但是系统结构复杂、成本昂贵；而国内的产品质量良莠不齐，无法保证计量精度。
　　FAI液体计量喷射单元采用的是电磁式脉冲间歇喷射技术，具有喷射计量精确、结构简单、成本低廉的特点，同时计量喷射单元适用于喷射导电液体，若作为柴油机排气后处理的SCR系统的还原剂（DEF）计量喷射单元，可以构成结构上大为简化并具有计量精度高、成本更低廉的SCR系统，将有利于SCR技术在我国的推广应用.
　　本文对基于FAI计量喷射单元的SCR后处理系统（简称FAI-SCR）及其控制单元（ACU）开展研究。首先，设计了FAI-SCR系统的整体构成方案，分析了“Slave”和“Master”两种工作模式的工作原理和工作过程，并就 FAI计量喷射单元、FAI-SCR系统控制单元、NOX传感器、排气温度传感器、DEF液位与温度传感器等各个组成部件进行了详细的讨论，提出了FAI-SCR系统控制单元应满足的功能需求。其次，设计开发了适用于两种工作模式的FAI-SCR后处理控制单元的硬件电路，包括MCU选型、电源调理、信号采集、数据通讯、电磁阀驱动、DEF喷射控制及T3检测等功能模块。然后，开发了ACU控制软件，提出并实现了基于单次喷射流量和喷射频率调节的DEF计量和控制的方法，包括T3反馈修正单次喷射量的喷射单元驱动控制。计量喷射单元的驱动功率芯片是影响ACU可靠性的主要部件，对该部件功率耗散进行了实测和计算分析，对比并分析了不同选型上的差异并测试了温度升高特性，为满足更高环境温度适应性能要求的功率管的选型提供了参考。最后，对设计开发的FAI-SCR系统进行了发动机适用性实验研究：考察了计量喷射单元的喷射精度，在发动机稳态循环的13个工况点下进行试验，研究了DEF喷射量对NOX转换效率的影响规律，证实了所开发的FAI-SCR系统在控制上可以达到较高的NOX转化效率、具有实用性，也为满足不同排放要求的Master模式的控制策略开发提供了参考。

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字母注释表

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 排放法规及其技术路线

1.3传统尿素喷射的SCR系统及原理

1.4尿素SCR技术国内外研究现状

1.5本课题的主要工作及意义

第二章 FAI-SCR尿素喷射系统及控制方案

2.1 FAI-SCR尿素喷射系统总体构成

2.2 系统组成部分

2.3 FAI-SCR系统功能需求

2.4 本章小结

第三章 FAI-SCR后处理控制单元的软硬件及可靠性设计

3.1 FAI-SCR后处理控制单元硬件结构

3.2 FAI-SCR后处理控制单元硬件设计

3.3 FAI-SCR控制单元软件设计

3.4可靠性设计

3.5 本章小结

第四章 FAI-SCR电控系统的试验研究

4.1 计量喷射单元的流量标定试验

4.2 发动机台架试验研究

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

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