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随着排放法规的日益严格,为发动机加装后处理装置势在必行。在柴油机后处理技术中,由于选择性催化还原(SCR)技术对燃油含硫量要求较低、燃油经济性好、技术升级继承性高的优点,已成为我国柴油机后处理主流技术路线。进行SCR系统控制策略及其故障诊断(OBD)功能的研究,对加快国产SCR系统自主产业化进程具有十分重要的意义。基于开环脉谱的尿素喷射控制策略能满足国Ⅳ排放法规要求,但是对于SCR系统零部件的有效控制及其故障诊断功能的研究仍然是当前SCR系统研究的重点和难点。
本文在自主研发SCR系统电控单元(DCU)过程中,针对锡柴CA6DL2-35E3高压共轨重型柴油机设计了SCR系统控制策略及故障诊断(OBD)策略。应用MATLAB/Simulink建立模型,对其控制算法进行可行性测试,最后在发动机台架上进行了标定和检测工作。
(1)设计了基于脉谱的开环尿素喷射控制策略,对影响SCR系统催化剂转化效率的因数进行深入分析,设计了根据实际排气温度和理论排气温度差值对尿素喷射量进行瞬态工况修正的策略。
(2)针对环境温度过低时尿素可能结冰的情况,设计了尿素罐和尿素管路低温加热控制策略,并对控制逻辑进行了可行性验证,为SCR系统进行低温试验奠定基础。
(3)在故障信息的诊断过程中,针对故障是偶然性故障还是确定性故障的判断问题,设计了故障消抖策略。以排气温度传感器故障为例,建立仿真模型,并对模型算法进行了验证。
(4)根据法规要求,对NOx排放监测设计了NOx排放监控条件、NOx比排放浓度算法和NOx排放超标判断。
(5)对设计的控制策略进行了大量的发动机台架试验,通过不断修正MAP数据,检测加装SCR系统的发动机在ESC和ETC试验下的排放性能。
本文通过理论分析和试验相结合的方法,设计了SCR系统控制策略及其故障诊断策略,实现了SCR系统电控单元对SCR系统及其故障诊断系统的控制,为最终成功自主开发出满足国Ⅳ排放标准的SCR系统打下基础。