發(fā)布時(shí)間：2020-05-26 23:37

【摘要】：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,我國(guó)汽車保有量近年來(lái)逐漸增加。柴油機(jī)作為一種高效、經(jīng)濟(jì)的內(nèi)燃機(jī),已被廣泛應(yīng)用于各類商用車及部分乘用車。但是,柴油機(jī)的高氮氧化物(NO_x)及顆粒物(PM)排放會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重影響。Urea-SCR技術(shù)作為一種高效的NO_x凈化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)后處理系統(tǒng)。然而,作為Urea-SCR系統(tǒng)主要功能元件,SCR催化器長(zhǎng)期工作于惡劣的環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)失效的情況,并且Urea-SCR系統(tǒng)排放控制性能會(huì)隨著SCR催化器失效程度的加深而惡化。針對(duì)該問題,本文提出了SCR催化器失效診斷系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SCR催化器的失效狀況,同時(shí)建立了容錯(cuò)控制系統(tǒng)可確保Urea-SCR系統(tǒng)在催化器失效情況下仍然具備較好的排放控制性能。本文首先以Urea-SCR控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,提出基于氨覆蓋度的閉環(huán)控制策略作為Urea-SCR系統(tǒng)基線控制策略,并建立了Urea-SCR系統(tǒng)控制模型,其中包括控制策略模型、SCR催化器模型以及NO_x傳感器模型;然后為使Urea-SCR系統(tǒng)控制模型能較為準(zhǔn)確地反映控制系統(tǒng)狀態(tài),采用非線性最小二乘法對(duì)SCR催化器模型和NO_x傳感器模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),試驗(yàn)結(jié)果證明了Urea-SCR系統(tǒng)模型的有效性;接著,考慮到SCR催化器長(zhǎng)期服役會(huì)老化失效從而造成Urea-SCR系統(tǒng)排放控制性能下降的問題,依據(jù)SCR催化器失效機(jī)理引入失效因子模擬SCR催化器失效程度,同時(shí)建立了SCR催化器失效模型,并基于該模型對(duì)SCR催化器處于不同失效程度下的Urea-SCR系統(tǒng)排放控制性能變化規(guī)律展開研究,仿真結(jié)果表明Urea-SCR系統(tǒng)的排放控制性能會(huì)隨著SCR催化器失效程度加深而劣化;最后,為維持催化器處于失效情況下的Urea-SCR系統(tǒng)排放控制性能,根據(jù)SCR催化器失效模型,開發(fā)了基于EKF的SCR催化器失效診斷系統(tǒng)以及基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的MRAC容錯(cuò)控制器,仿真結(jié)果表明該容錯(cuò)控制系統(tǒng)能有效地抵御SCR催化器失效對(duì)Urea-SCR系統(tǒng)造成的負(fù)面影響。本文定量描述了SCR催化器失效程度,通過(guò)數(shù)值仿真方法研究了不同失效程度下SCR催化器對(duì)Urea-SCR系統(tǒng)排放控制性能影響,并提出了一種SCR催化器失效診斷和容錯(cuò)控制的集成系統(tǒng)。本研究可進(jìn)一步加深對(duì)SCR催化器失效機(jī)理和失效規(guī)律的認(rèn)識(shí)與理解,為SCR催化器失效診斷及容錯(cuò)控制提供理論依據(jù)及技術(shù)支持,同時(shí)提供了一種SCR催化器失效研究的新思路。
【圖文】：

2.2.1 Urea-SCR 系統(tǒng)前饋控制策略模型Urea-SCR 系統(tǒng)前饋控制策略模型主要包括尿素基本噴射量計(jì)算模型以及修正模型。而尿素基本噴射量計(jì)算模型包括 NOx質(zhì)量流量計(jì)算模型、NH3質(zhì)量流量計(jì)算模型和尿素溶液噴射量計(jì)算模型。首先，基于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩信號(hào)查詢相應(yīng) MAP，得到柴油機(jī)原機(jī)排放的 NOx體積分?jǐn)?shù)以及排氣質(zhì)量流量。其次，由于在相同狀況下，氣體體積與物質(zhì)的量成正比，故可根據(jù) NOx體積分?jǐn)?shù)以及排氣質(zhì)量流量計(jì)算出 NOx的質(zhì)量流量。然后，從式（2-5）和（2-6）可知標(biāo)準(zhǔn) SCR反應(yīng)和快速 SCR 反應(yīng)中 NH3和 NOx是按照等摩爾比進(jìn)行反應(yīng)的，因此可以得到NH3的質(zhì)量流量。最后，，根據(jù)式（2-2）和（2-3）可以發(fā)現(xiàn)尿素的分解和 NH3的生成是按照 1：2 的物質(zhì)的量之比進(jìn)行的，再根據(jù)尿素水溶液中尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)便可以得到所需的基本尿素溶液噴射量。其總體控制模型如圖 2-3 所示：

NOx體積分?jǐn)?shù)MAP
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U464.172;X734.2

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