柴油机scr系统温度控制及喷油量诊断策略研究

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1、中文图书分类号：TK421.5密级：公开UDC：621.4学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：柴油机SCR系统温度控制及喷油量诊断策略研究论文作者：李旭初学科：动力工程及工程热物理指导教师：仇滔副教授论文提交日期:2015年6月8日UDC：621.4学校代码：10005中文图书分类号：TK421.5学号：S201205012密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：柴油机SCR系统温度控制及喷油量诊断策略研究英文题目：STUDYONTHESTRATEGYOFSCRSYSTEMTE

2、MPERATURECONTROLANDFUELINJECTIONQUANTITYDIAGNOSISINDIESELENGINES论文作者：李旭初学科专业：动力工程及工程热物理研究方向：车辆及动力系统节能、净化与控制申请学位：工学硕士指导教师：仇滔副教授所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或

3、其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：李旭初日期：2015年6月2日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：李旭初日期：2015年6月2日导师签名：仇滔日期：2015年6月2日摘要摘要随着人们对环境问题的关注，排放法规的日益苛刻，柴油机

4、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,SelectiveCatalyticReduction)技术降低NOx排放；二是通过废气再循环(EGR,ExhaustGasRecirculation)技术降低NOx排放，然后采用颗粒捕集(DPF,DieselParticleFilter)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

5、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

6、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

7、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,ElectronicControlUnit）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

8、进行MAP查-I-北京工业大学工学硕士学位论文表将导致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