基于模型的柴油机SCR尿素喷射控制策略的研究毕业论文

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1、硕士学位论文基于模型的柴油机SCR尿素喷射控制策略的研究国家“八六三”项目——“满足欧Ⅵ排放标准的柴油机后处理关键技术研究”（课题编号：2012AA111717）姓名：丁佩磊学号：1133127所在院系：汽车学院学科门类：工学学科专业：动力机械及工程指导教师：谭丕强副教授二〇一四年三月万方数据AdissertationsubmittedtoTongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofMasterofPhilosophyResearchofModel-basedContro

2、lStrategyforSCRUreaInjectionofDieselEngines“863”project-ResearchonkeytechnologiesofEuroⅥdieselenginesexhaustaftertreatment(projectnumber:2012AA111717)Candidate:DingPeileiStudentNumber:1133127School/Department:SchoolofAutomotiveStudiesDiscipline:EngineeringMajor:PowerMachinerya

3、ndEngineeringSupervisor:AssociateProf.TanPiqiangMarch,2014万方数据基于模型的柴油机SCR尿素喷射控制策略的研究丁佩磊同济大学万方数据学位论文版权使用授权书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月万方数据同济大

4、学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日万方数据同济大学硕士学位论文摘要摘要随着大气污染的日益严重，柴油机的排放污染越来越成为人们关心的问题。氮氧化物(NOx)是柴油机主要的排放污染物之一，随着排放法规的日益严格，NOx机外后处理净化技术越来越

5、受到重视。以氨作为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术通过向排气中喷射尿素溶液，在催化剂的作用下将排气中的NOx还原成无污染的氮气，从而可以有效降低柴油机NOx排放。随着NOx排放限值降低、氨泄漏量限值的提出，提高SCR尿素喷射控制的精度和响应特性变得越来越重要。以往常规基于MAP的控制策略需要大量的标定工作，而且受环境和系统参数的影响，控制精度越来越难以满足要求。基于模型的控制策略能够计算SCR催化器内部的状态，从而可以提高尿素喷射控制的精度和响应特性。本文采用基于模型的尿素喷射控制策略，建立了氨存储和催化反应模型；根据柴油机稳态工况和瞬态工况的

6、特点，建立了相应的尿素喷射控制策略；建立了柴油机SCR后处理系统的模型，并研究了SCR系统关键参数的相关性能；最后进行了尿素喷射控制策略的耦合与离线仿真。主要研究结论如下：（1）建立了氨存储和催化反应模型。针对氨存储和催化反应模型对NO和NO2排放量的需求，考虑了NO2/NOx的输出，建立了柴油机NOx排放的预测模型。利用Elry-Rideal反应机理，选取主要的SCR催化反应，包括氨吸附与解吸附反应、标准SCR反应、快速SCR反应、氨氧化反应等，建立了催化反应模型，并通过质量守恒方程建立了氨存储模型。通过发动机台架试验，获取了柴油机NOx排放数据

7、和SCR的反应特性。利用试验数据对上述模型参数进行了辨识。（2）建立了柴油机稳态工况和瞬态工况的尿素喷射控制策略。确定了氨泄漏量为定值的情况下，确保NOx较高转化效率的控制原则。建立了SCR尿素喷射系统的协调控制策略。前馈控制中，利用催化剂温度变化相对排气温度变化的滞后，对尿素喷射量进行修正。反馈控制中，运用PI控制器来实时调节氨表面覆盖率，确保氨的泄漏量不超过限值。（3）建立了柴油机SCR后处理系统的模型，研究了SCR系统NO2/NOx等关键参数对NOx转化效率的影响，以及催化剂温度和空速对催化剂最大氨存储量的影响。利用试验数据和序列二次规划算法

8、对相关参数进行了优化。（4）进行了尿素喷射控制策略的耦合和离线仿真。采用AMESim到Simulink的接口方式，将AME