Bao Ning, Liu Jun, Cai Xiaoyang, Chen Chi

(Engenharia da Universidade Jiangsu do tráfego automóvel, Zhenjiang, Jiangsu 212013, China)

Com as normas de emissão Nacional V implementadas no país, após os requisitos do sistema de processamento de diesel mais rigorosas. Estado da escolha de design para cinco controlador de sistema padrão de redução catalítica (SCR), o método principal é estudar o sistema SCR estratégia de controlo de injecção de ureia, o estabelecimento do modelo de catalisador de sistema SCR e do controlo de ciclo aberto modelo de sistema MATLAB / Simulink, o modelo de controlo de verificação experimental precisão, utilizando MATLAB / Simulink algoritmo de geração de código de nível; preparado pela adição e módulo migração associada com a camada subjacente é ligado algoritmo, implementado no desenho da camada de software de sistema SCR. Finalmente, os controladores SCR são projetados para mecanismo de teste diesel equipado com o sistema SCR em um ciclo de steady-state teste Europeia (ESC) e ciclo de teste europeu transiente (ETC).

SCR sistema modelo catalisador;-ciclo aberto modelo do sistema de controlo; módulo inferior; CES; ETC.

CLC: U27

código do documento: A

DOI: 10,16157 / j.issn.0258-7998.172607

formato de citação chinês: Projeto Bao Ning, Liu Jun, Cai Xiaoyang, etc. controlador país cinco veículos leves a diesel padrão do sistema SCR Tecnologia Eletrônica, 2018,44 (2): 27-31.

Inglês formato de citação: Bao Ning, Liu Jun, Cai Xiaoyang, et al. O projeto do controlador de SCR para quinto padrão de emissão nacional em veículo diesel leve . Aplicação da técnica de eletrônica, 2018,44 (2): 27-31.

0 Introdução

Devido ao baixo custo do diesel é amplamente utilizado para ônibus de longa distância, autocarros urbanos, veículos agrícolas, mas suas emissões de NOx e de partículas que causam sérios padrões de poluição do ar e o limite de cinco país correspondente para os NOx e PM são mais rigorosas, de modo estudiosos de todo diesel após o sistema de tratamento do estudo aprofundado. A redução selectiva do sistema (SCR) pode controlar eficazmente as suas emissões de NOx diesel e melhorar a economia de combustível do motor diesel tem sido amplamente estudado com a aplicação de , que é o uso de NH3 reacção de redução de óxidos de azoto nos gases de escape (NOx) em água, as emissões de dióxido de carbono poluindo a atmosfera.

Actualmente o controlador carro usando vários tipos de prototipagem rápida, ou seja, o uso de software Matlab / Simulink algoritmos de controlo de camada para a modelagem, usar camada de software Emebedded Coder Toolbox gera o código executável, prototipagem encurtar o ciclo de desenvolvimento de software e reduzir os custos de desenvolvimento. Assim, o uso do design controlador do sistema de luz-dever veículo diesel Simulink SCR.

Uma estratégia de controlo e do SCR modelagem

catalisador SCR pela solução de ureia, de óxidos de azoto (NOx) e amoníaco gasoso adsorvido (NH3) 4 substâncias que participam nas reacções químicas em caso de funcionamento normal do motor, ignorando outros menores afecte a reacção, principalmente do seguinte química reações:

Acima pode ser obtido por uma reacção química dentro do catalisador SCR óxidos principalmente de azoto, amoníaco, e adsorvida amoníaco gasoso pela temperatura do catalisador durante as mudanças dinâmicas do NOx foram estabelecidos, amónia, amoníaco, e modelo de temperatura de armazenamento gasoso de acordo com a lei da conservação de energia, referência fórmula DETALHADA derivação e Documento , a saída do modelo em conformidade com a entrada do conversor catalítico combinação estabelecida, estabelecendo assim um modelo dinâmico do catalisador SCR.

A estratégia de controlo de injecção de ureia é dividido em circuito aberto e circuito fechado de controlo. controlo de circuito fechado é corrigido de acordo com a quantidade de injecção de ureia ou de amoníaco ou o sensor de oxigénio sinal de feedback do sensor de extremidade de saa de azoto do catalisador é instalado. Desde que a tecnologia de controle de circuito fechado difícil, caro, enquanto o controle de malha aberta para atender às normas de emissão cinco estados , para calcular a quantidade de injeção de uréia-lo usando o controle em malha aberta. Com a saída de NOx e proporção molar de NH3 do massa catalisador é constante, a velocidade de rotação de controlo de injecção de ureia obtida, a informação de binário e uma quantidade de circulação do óleo do motor, através da informação de barramento CAN, chamando o MAP máquina original de NOx em gases de escape, a massa dos gases de escape FIG fluxo PAM obtida de fluxo de massa de NOx, e em conjunto com o catalisador SCR para dentro a reacção química principal, para obter a procura de base de ureia, um sistema SCR ureia e o estabelecimento do modelo da quantidade da injecção de base em MATLAB / Simulink na FIG. 1 calcula o princípio básico é a procura de ureia que estabelece quantidade de injecção de base de ureia, em princípio, o modelo MATLAB / Simulink acordo com a fig.

condições operacionais complexas luz do motor diesel, em que as condições de funcionamento transitórios, a temperatura do catalisador não pode responder imediatamente porque o motor de condições de funcionamento mudança e causando a sua temperatura para subir ou cair, há sempre vai existir um certo atraso, o passageiro deve ser condições a quantidade de injecção de ureia é corrigida para evitar a quantidade de injecção é uma solução de ureia injecção insuficiente ou excessiva de amónia ou causa uma fuga excessiva de emissões de NOx poluir o ambiente. correcção ureia temperatura transitória é para obter o coeficiente de correcção correspondente, o coeficiente de correcção é obtida multiplicando a procura de correcção de ureia de base com base na diferença de temperatura é corrigido pelo condições de funcionamento do motor isto é a diferença de temperatura entre o gás de escape a jusante do conversor catalítico quantidade de injecção, Fig. 2 é um factor de correcção experimentalmente obtenção da FIG transiente. Usando MATLAB / Simulink para estabelecer-ciclo aberto modelo de sistema de controlo de SCR, como mostrado na Figura 3 acima análise.

A validação do modelo de controlo de injecção 2

A ideia de base: a quantidade do montante efectivamente medido do catalisador como o modelo de entrada, o mesmo modelo de condições de gravação o valor real da concentração de NOx a jusante do catalisador, e em comparação com o valor teórico, como o controlo de erros dentro de limites razoáveis é considerado modelo mais preciso . A FIG 4 é um teste de bancada do sistema SCR, o aparelho analisador de gás de exaustão principal (HORIBAMEXA-7500D), transformada de Fourier de infravermelhos analisador de multi-componente (SESAM FTIR), dinamómetro, motor diesel, em que os parâmetros do motor a diesel na Tabela 1. Conjunto experimental tomada = 1600 r / min, medido temperatura de entrada do catalisador T = 380 , ETC amónia, ureia, respectivamente solução 0.5,0.7,0.9,1 proporção de ESC simulação do modelo do ciclo e os resultados são mostrados , como mostrado na FIG. 6. Como pode ser visto a partir das condições de emissão de NOx ciclo figura ESC substancialmente coincidem com os valores teóricos, ele terá alguns erros mudar drasticamente ETC ciclo de condução, mas tudo dentro de 5%, de modo que o modelo é preciso.

3 SCR processo de design do software do sistema.

Código significa geração gera modelos executáveis estabelecidas pelo Real-Time Oficina (RTW) códigos C em Simulink, programa RTW cria compreendendo as etapas de:

(1) Análise no modelo Simulink passo de tempo, e a definição do parâmetro de cada ordem de execução módulo. RTW ler o arquivo de modelo de análise, para formar um perfil intermediário.

(2) o compilador alvo (Target linguagem compilada) converter o perfil intercalar em código objecto especificado pelo compilador alvo inclui três arquivos: ficheiro alvo: sistema de modelos em código de arquivo mestre; ficheiros de objectos dos módulos: o módulo em código; biblioteca: funções de suporte de geração de código. Três arquivos ler informações do arquivo de descrição intermediário e convertido para o código desejado.

(3) a geração de um Makefile personalizado e gerar um programa executável, o Makefile para o desenho particular ambiente alvo, RTW estender a configuração do modelo descrito de acordo com o identificador do Makefile, e finalmente gerar um programa executável C . processo específico mostrado na Figura 7.

O microcontrolador 16 é seleccionado de chip MC9S12XEP100 microcontrolador, que chip de recursos abundantes, e com baixo consumo de energia, baixo custo, alta frequência integrado e vantagens funcionais. O microcontrolador é responsável pelo sistema de gestão de recursos de hardware subjacente, recursos de hardware, de um lado para fornecer serviços de apoio para invocar a mão superior para drivers de dispositivo de hardware do sistema e de diagnóstico . A camada consiste essencialmente de módulo controlador IO, um módulo da unidade de comunicação, um módulo da unidade de armazenamento. IO condutor para converter um sinal analógico, um sinal de impulso e um sinal digital num sinal eléctrico, o módulo de comunicação implementa a interacção informações entre os diferentes controladores, o módulo de memória de chip de memória meios de accionamento, tais como drives flash, discos de EEPROM. Cada módulo da unidade de parte independente, não pode chamar o outro módulo. RTW apenas o modelo de lógica de controlo de camada de aplicação geração de código executável, não o microcontrolador subjacente (I / O, portas de comunicação podem, etc.) relacionados com o módulo de código gerado, a camada de aplicação e o software de base é completamente separada. Para resolver este problema, o código incorporado para escrever o software do controlador subjacente de E / S, A / inicialização de hardware D e outro manual, e adicionada no modelo o módulo de interface correspondente, escrever unidade integrada do código gerado e uma camada inferior, a integração de uma rotina do programa, executando continuamente o código gerado modelo de camada de aplicação. De referir ainda que o tamanho de passo fixo e ciclo MCU relógio temporizador o mesmo que o do modelo de simulação, o modelo de entrada, e a variável de saída e o tipo de dados correspondente e porta MCU tipo de dados.

8, a geração SCR_code compreendendo função geradora arquivos Simulink, variáveis e funções de arquivo de cabeçalho, escreva as subjacentes funções do controlador SCR funcional implementação específica, a integração dos dois, para completar o projeto da camada de software do sistema SCR.

4 experiências SCR

De acordo com GB17691-2005, requisitos diesel emissões de motores de stand fase de teste V poluentes de escape de estado estacionário de acordo com ciclo europeu de teste (ESC) e ciclo de teste europeu transiente (ETC). Este motor diesel banco é uma linha de quatro cilindros a quatro tempos do motor sobrecarregado, e tecnologia de purificação usando certas máquinas, para optimizar a combustão e reduzir as emissões de NOx do equipamento original, devido ao limitado efeito de purificação máquina, necessidade SCR como sistema de purificação de gases de escape, a descarga de satisfazer as normas. Os modelos de motores diesel principais parâmetros de projeto na tabela 1. Antes do experimento, o primeiro motor de aquecimento e executar um determinado período de tempo, assegurar que o motor funcione de forma adequada e estável o desempenho, em seguida, para o teste original do motor Diesel de exaustão e características de teste universal, a calibração da quantidade da injecção de ureia.

CES acordo com as condições de funcionamento do motor durante o funcionamento prático, a região de descarga de três principal seleccionado, seleccionar a velocidade apropriada em três emissão área de controlo 3, e cada um seleccionado de quatro pontos de carga diferentes nos três velocidade, então além de um ponto de funcionamento inactivo, composição 13 condição, levar os quatro tipos de 0%, 25%, 75% e 100% da carga total para cada carga, o que é uma velocidade de rotação n = nL + (nH-nL), em que nL representa 50% da velocidade máxima da potência útil do motor, velocidade nH representa 70% da potência máxima efectiva do motor, [eta] de cada um dos quatro tipos de valor de carga total da carga, de acordo com as características externas do motor medidos experimentalmente nL = 1393 r / min, NH = 3353 r / min, 13 podem ser obtidas condições e parâmetros de funcionamento, como mostrado na tabela 2.

A figura 9 é uma eficiência de conversão de NOX do estado do ciclo de ensaio CES, estado ocioso, e a condição 913 condições a taxa de conversão de NOX é baixa, principalmente devido ao escape do motor na condição de marcha lenta do motor, quando visto a partir da FIG. baixar a temperatura, não é possível atingir a temperatura de luz fora do catalisador, a redução catalítica não satisfaz as condições de ocorrência. Enquanto as outras duas condições é principalmente devido à carga do motor é baixa, neste momento, as emissões de NOx têm sido relativamente baixo, em conjunto com a velocidade do motor mais rápida, quanto maior a velocidade espacial do catalisador SCR, o gás de escape é reduzida no transportador o tempo de reacção, resultando em conversão de NOX diminui. As restantes condições boa conversão de NOx, para atingir os padrões nacionais de emissão V.

ETC operação do motor simula três estrada principal: ciclo urbano, rural e condições de rodovia condições operacionais de cada teste de estrada 600 s, o tempo de ciclo de ensaio completo, é de 1 a 800 s, e cada um corresponde a uma segunda operação do motor condições. Ciclo transiente medido como se mostra na FIG.

ETC princípio principal é a utilização de uma amostra de teste de ciclo de ar para vários poluentes nos gases de escape e os gases de escape é detectada a partir da diluição do analisador de gases de escape do motor diluído. Durante o teste, a necessidade de medir e calcular o caudal total dos gases de escape de um motor diesel, cujo valor é usado para calcular a massa de cada emissão de poluentes nos gases de escape e, finalmente, os valores de emissão de calcular para cada proporção de poluentes gasosos. A Figura 11 mostra o teste de ciclo diesel ETC a montante do conversor catalítico e a concentração de NOx a jusante da mudança ao longo do tempo, é claro que, o teor de NOx nos gases de escape na saída do catalisador do que a entrada do catalisador diminui, o sistema SCR efeito de conversão boa transitória, basicamente, satisfazer os cinco critérios do país.

A Tabela 3 mostra os resultados comparativos da máquina original equipado com o sistema SCR e as emissões de escape, de NOx pode ser visto com o sistema SCR, HC, CO e semelhantes são melhores do que as emissões de escape máquina original, e mais baixa do que os cinco limites nacionais de emissão padrão valor também indica Simulink processo de prototipagem rápida baseada pode ser utilizado para o desenvolvimento de motor diesel controlador de sistema SCR para reduzir a taxa de erro do processo de desenvolvimento, encurtar o ciclo de desenvolvimento.

5. Conclusão

Visando normas de emissão Estado V projetado controlador do sistema SCR para controle diesel emissões de NOx, incluindo:

(1) Análise de um catalisador SCR interno purificar princípio de NOx, o uso do catalisador principal em reacções químicas e o princípio da conservação de energia modelo estabelecido SCR sistema de catalisador, e uma estratégia de controlo de circuito aberto ureia, ureia estabelecer estado estacionário e modelo transiente.

Gravação (2) uma função do chip condutor subjacente para facilitar o mesmo tipo ou diferentes tipos de fichas utilizadas para transplante, reduzindo significativamente o ciclo de desenvolvimento; em Simulink utilizando um código de geração de chaves de ligação e a função de condutor subjacente, o algoritmo reduz os erros devido a que seja exibido ao código de cima e manuscritas.

(3) pelo CES e ensaio ETC para verificar se o controlador projetado para atender os requisitos de cinco padrão nacional se não, então voltar atrás e mudar os parâmetros do modelo Simulink, essas emissões podem atingir o estado ideal.

(4) após a injecção de ureia podem ser adicionadas ao modelo de controlo de realimentação, o controlo em circuito fechado, para cumprir os requisitos regulamentares padrão mais elevado.

Referências

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