隨著MARPOL公約附則Ⅵ中TierⅢ排放控制標準的實施,機內凈化技術已經很難滿足TierⅢ法規(guī)對船舶柴油機NO_x排放控制要求。選擇性催化還原(SCR)技術是滿足船舶柴油機NO_x排放控制最具前景的技術之一。目前,船用SCR系統(tǒng)技術核心基本為國外所有,因此,開發(fā)具有自主知識產權的高性能SCR電控系統(tǒng)很有必要。為此,本文針對一船用柴油機進行SCR尿素噴射電控系統(tǒng)研發(fā),主要研究內容包括:首先,根據TierⅢ排放控制標準及《選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)認可及檢驗指南》相關要求確定SCR電控系統(tǒng)設計目標,進行電控系統(tǒng)總體方案設計和部件選型。其次,根據SCR電控系統(tǒng)硬件功能需求,選用S20M0T型PLC和HD102TC型HMI聯(lián)合作為SCR電控系統(tǒng)的電子控制單元;設計的電源供給網絡、Modbus通訊網絡和CAN通訊網絡將各元器件連接為一體,構成了SCR電控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。再次,根據SCR電控系統(tǒng)設計目標,搭建電控系統(tǒng)軟件架構。利用HMI組態(tài)軟件通訊口配置工具設計了與硬件通訊的底層驅動軟件;同時設計了基于模塊化的故障診斷、MAP圖查詢、電控系統(tǒng)標定等上層應用軟件。然后,設計開環(huán)控制策略、閉環(huán)控制策略、前饋修正模型和瞬態(tài)修正模型;提出了基于NO_x加權比排放的NO_x目標轉化率規(guī)劃方法。設計多種控制策略聯(lián)合控制的邏輯控制程序,并實現(xiàn)對SCR電控系統(tǒng)上層應用軟件的封裝,形成完整的軟件系統(tǒng)。最后,在柴油機實驗臺架上進行了SCR尿素噴射電控系統(tǒng)性能實驗。尿素噴射計量泵誤差標定試驗結果表明:計量泵誤差隨著噴射量的增加而增加,設計的誤差修正補償程序可顯著提高尿素計量泵的準確性。SCR尿素噴射電控系統(tǒng)臺架試驗結果表明:采用基于前饋修正的開環(huán)控制策略時,E3和D2測試循環(huán)下的NO_x加權比排放分別為1.77g/kWh和1.73g/kWh,各工況NO_x比排放最高值分別為2.69g/kWh和2.73 g/kWh,NH_3逃逸最大平均濃度分別為0.9ppm和1.5ppm;采用基于前饋修正的閉環(huán)控制策略時,E3和D2試驗循環(huán)下的NO_x加權比排放分別為1.91g/kWh和2.00g/kWh,各工況NO_x比排放最高值分別為2.61g/kWh和2.94 g/kWh,NH_3逃逸最大平均濃度分別為10ppm和6.0ppm。采用開環(huán)控制策略和閉環(huán)控制策略,在E3和D2試驗循環(huán)下,SCR系統(tǒng)均能滿足TierⅢ階段加權NO_x比排放和單工況NO_x比排放限值要求,NH_3逃逸符合10ppm限值要求。閉環(huán)控制策略與開環(huán)控制策略相比,E3試驗循環(huán)下尿素噴射量平均降低了3.99%,D2試驗循化下尿素噴射量平均降低了1.28%,采用閉環(huán)控制策略經濟性相對較好。
【學位單位】：集美大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U664.121
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景
        1.1.1 船舶造成大氣污染現(xiàn)狀
        1.1.2 排放法規(guī)要求
    1.2 柴油機NO_x排放控制技術
        1.2.1 機內凈化技術
        1.2.2 機外凈化技術
    1.3 SCR系統(tǒng)工作原理
    1.4 SCR尿素噴射控制技術研究現(xiàn)狀
        1.4.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.4.2 國內研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內容
第2章 SCR電控系統(tǒng)及總體方案設計
    2.1 柴油機參數及其排氣特性
    2.2 SCR系統(tǒng)組成及其選型
        2.2.1 SCR反應器
        2.2.2 還原劑噴射系統(tǒng)
        2.2.3 SCR電控系統(tǒng)
    2.3 SCR尿素噴射電控系統(tǒng)設計目標
    2.4 SCR電控系統(tǒng)總體方案設計
    2.5 本章小結
第3章 SCR電控系統(tǒng)硬件設計
    3.1 SCR電控系統(tǒng)原理分析
    3.2 總體硬件方案設計
    3.3 SCR電子控制單元選型
        3.3.1 SCR電子控制單元硬件需求分析
        3.3.2 電子控制單元選型
    3.4 電源模塊設計
    3.5 控制網絡設計
        3.5.1 CAN控制網絡設計
        3.5.2 Modbus控制網絡設計
    3.6 本章小結
第4章 SCR電控系統(tǒng)軟件設計
    4.1 SCR電控系統(tǒng)軟件架構
    4.2 底層驅動軟件設計
        4.2.1 CAN接收幀配置
        4.2.2 CAN發(fā)送幀配置
        4.2.3 Modbus協(xié)議通訊配置
        4.2.4 數據處理程序設計
        4.2.5 尿素計量泵控制模塊
    4.3 上層應用軟件系統(tǒng)開發(fā)
        4.3.1 SCR電控系統(tǒng)故障診斷模塊
        4.3.2 MAP圖查詢模塊
        4.3.3 電控系統(tǒng)標定模塊
        4.3.4 控制參數設置模塊
        4.3.5 操作界面設計
    4.4 本章小結
第5章 SCR電控系統(tǒng)尿素噴射控制策略
    5.1 基于MAP圖的開環(huán)控制
        5.1.1 溫度修正
        5.1.2 前饋修正
    5.2 基于NO_x傳感器的閉環(huán)控制
    5.3 NO_x目標轉化率規(guī)劃
        5.3.1 E3試驗循環(huán)各模式點NO_x目標轉化率規(guī)劃
        5.3.2 循環(huán)模式點附近區(qū)域NO_x目標轉化率規(guī)劃
    5.4 SCR電控系統(tǒng)上層應用軟件封裝
    5.5 本章小結
第6章 臺架試驗驗證與數據分析
    6.1 柴油機SCR試驗臺架
    6.2 尿素計量泵標定試驗
        6.2.1 試驗設備與方法
        6.2.2 試驗結果與分析
    6.3 SCR反應器標定試驗
        6.3.1 NO_x轉化率規(guī)劃合理性試驗驗證
        6.3.2 SCR電控系統(tǒng)性能測試
    6.4 開環(huán)控制和閉環(huán)控制對比試驗
        6.4.1 開環(huán)控制策略控制性能試驗
        6.4.2 閉環(huán)控制策略控制性能試驗
        6.4.3 SCR系統(tǒng)工作性能臺架試驗
    6.5 本章小結
第7章 總結與展望
    7.1 總結
    7.2 展望
致謝
參考文獻
在校期間科研成果情況

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本文編號：2847113