目前各国对柴油机 NOX及 PM 排放请求愈来愈严格,海内也开端履行国 - Ⅳ排放标准。要到达国 - Ⅳ或更高的排放标准请求,需求采取挑选性催化复原( SCR) 后措置技术[1]。SCR" />

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孔板流量计的设想为柴油机满足国Ⅳ排放标准供应了保证

作者: 来源: 公布时候:2018-02-01 10:50:13

0 弁言:
  目前各国对柴油机 NOX及 PM 排放请求愈来愈严格,海内也开端履行国 - Ⅳ排放标准。要到达国 - Ⅳ或更高的排放标准请求,需求采取挑选性催化复原( SCR) 后措置技术[1]。SCR技术因具有油耗低、耐硫机能好等特性,被看作是柴油机后措置的首要技术线路。SCR 体系采取 32. 5% 的尿素水溶液作为复原剂,尿素放射后水解成 NH3和 CO2,NH3与排气中的 NOX反应天生 N2排挤,降落了排气中的 NOX浓度,以到达法规请求[2]。SCR 体系尿素放射量与 NH3泄漏量的切确节制已成为柴油机满足更高排放请求的研究内容之一[3]。这些事情的实施靠尿素的孔板流量计布局及旌旗灯号措置电路的公道设想来支撑。目前电磁流量计范例年夜多是电容式、光栅式,磁敏式,利用于 SCR体系尿素放射量检测流量计很少[4 - 6]。
  基于 SCR 体系孔板流量计的事情特性,对 SCR 体系孔板流量计进行布局设想; 为进步孔板流量计的测量精度与不变性,设想孔板流量计旌旗灯号措置电路,制定孔板流量计参数优化战略,并进行参数优化。进行机能检测、尿素放射量和 NH3泄漏等测尝尝验,以验孔板流量计适合柴油机 SCR 体系在线及时检测请求,为柴油机满足国Ⅳ排放供应保证。
 
1、尿素流量节制体例:
  基于恍惚推理逻辑和传感器的事情机理,构建柴油机传感器毛病诊断模型,它由恍惚推理和 RBF 神经收集等模块构成,如图 1 所示。

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图 1 尿素流量节制计划

  图 1 为柴油机 SCR 孔板流量计反应节制体例。由图可知:根据柴油机转速、油门、进气温度、排气流量和催化器入口、出口的温度等旌旗灯号,操纵尿素需求量计较模型,肯定尿素根基放射量; 操纵 NOX传感器对催化器后的 NOX浓度和排气 NOX浓度进行检测并计较 NOX转化效力,经 NOX反应修改模块,协同孔板流量计汇集的尿素放射流量旌旗灯号,对尿素根基放射量进行一次闭环修改反应给 SCR 节制器; 操纵 NH3传感器对催化器外部和出口的 NH3浓度进行检测,经氨泄漏修改模块协同尿素放射流量旌旗灯号,对尿素放射量进行二次闭环修改并反应给 SCR节制器; SCR 节制器以流量指令情势驱动尿素放射泵事情。

2、 孔板流量计设想:
2. 1 、布局设想:
  图 2 为 SCR 体系孔板流量计布局图。外部的小圆表示孔板流量计流道,外部的年夜圆为孔板流量计外壁。Φ 为铁芯中间角,被 x 轴贯穿的两其中间角较年夜的扇环为铁芯,它由电工纯铁制成,焊接在流道外壁上,用以优化磁场 B; 4 其中间角较小的扇环为线圈,环抱纠缠在铁芯上,线圈上通以电流后,就会产生磁场 B; 玄色矩形为测量电极。当尿素水溶液流过期就会切割磁感线产生感到电压 Ue,把 Ue汇集到核心电路,进行阐发及标定,获得尿素流量为:
Q =UeBD×πD24=πD4BUe式中: Ue为感到电压,
V; B 为磁感到强度,
T; D 为管道内径,即测量电极之间的间隔,
mm; Q 为尿素水溶液流量,
g·h- 1

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图 2 孔板流量计布局


2. 2、 旌旗灯号措置电路设想:
  图 3 是 SCR 体系孔板流量计旌旗灯号调度电路图。它首要由前置放年夜电路、二阶低通滤波器、电压高增益放年夜电路构成。孔板流量计采取三值低频矩形方波的励磁体例[7],从而产生感到强度 B。

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  图 3 知: 因为被测流体( 尿素水溶液) 的内阻很年夜,故前置放年夜电路采取高精度增益可调的仪表放年夜器 A1为 MAX4194,输入阻抗为1 000 MΩ,± 2. 5 V 双电源供电,外接元件少,功耗低,适合柴油机 SCR 体系仪表小型化的请求,并可经由过程外接紧密电阻 Rg1来调度放年夜倍数 A; 考虑到柴油机 SCR 体系的强噪声存在,为减少噪声进入后续电路和使得紧密仪用放年夜器处于线性事情区,选前置放年夜电路的放年夜倍数 A 约为 10,即 Rg1为 4. 7 kΩ. 第二级采取典范的二阶低通滤波器。图 3 中 R1、R2、C1、C2、A2构成了二阶压控电压源有源低通滤波器。A2为低温漂的运算放年夜器 MAX4477。第三级采取可调高增益放年夜电路。由 MAX4197 和 MAX4194 构成,MAX4194 外接紧密电阻用来调度放年夜器增益。此级输入端电容 C3连络由单片机节制输入旌旗灯号的摹拟开关 K,构成反应将噪声旌旗灯号取回,与待测流量旌旗灯号构成差动旌旗灯号,有效减少噪声旌旗灯号滋扰。

3、优化战略:
  孔板流量计优化战略如图 4 所示。以柴油机转速、油门等旌旗灯号计较尿素根基放射量,操纵 NOX反应修改和储氨修改算法,判定尿素放射量zui佳时,选定孔板流量计机能参数。

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3. 1、双反应修改:
  闭环反应能有效进步体系的静态呼应速率,减小节制偏差。采取 NH3和 NOX传感器测量值作为反应旌旗灯号,对尿素放射量进行双反应修改,其修改战略如图 5 所示。由图知: NH3和 NOX的双反应节制战略首要包含 NOX和 NH3的 2 个反应节制模块。NOX反应节制过程为: NOX传感器测量催化剂后 NOX浓度( CNOx _out) 和柴油机排放 NOX浓度( CNOX) ,计较获得实际的 NOX转化效力,与设定的 NOX转化率 MAP 进行比较。当偏差超越限值时,采取 fa、fs、NSR 等修改系数对尿素放射量进行反应修改。NH3传感器别离汇集催化器外部和出口的NH3浓度( CNH3_in和 CNH3) ,经储氨修改算法措置,并进行二次反应修改,获得zui优尿素放射量。

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图 5 双反应修改战略


3. 2、优化成果:
  根据柴油机 SCR 体系孔板流量计的优化与修改战略,对孔板流量计的布局与旌旗灯号措置电路的 3 款参数进行调试。并操纵调试数据计较孔板流量计线性度、活络度和反复性偏差。表1 和表 2 别离是孔板流量计布局与电路参数优化成果。由表 1知,孔板流量计优化参数为: 线圈长度 L = 20 mm,线圈半径 r =18 mm,线圈匝数 W = 600,线圈鼓励电流 I = 1. 2 A,铁芯厚度 Lm= 5. 5 mm,铁芯宽度 Lw= 5. 5 mm,铁芯中间角 φ = 55°,zui佳尿素水溶液流量范围为 0 ~ 20 kg/h. 流量孔板流量计的线性度偏差、活络度偏差和反复性偏差别离 0. 35% ,0. 28% 和 0. 47% 。
表 1 孔板流量计参数优化成果表 2 旌旗灯号调度电路元器件参数优化成果

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表 1 孔板流量计参数优化成果表 2 旌旗灯号调度电路元器件参数优化成果

4、实验考证:
  为考证所设想孔板流量计精度与可行性,对 3 个孔板流量计进行了机能检测、尿素放射量和 NH3泄漏等测尝尝验。实验在某 6 缸直喷式废气涡轮增压柴油机上进行。实验装备首要有: 电涡流测功机、油耗仪、废气阐发仪、微粒测量体系等。

4. 1、机能检测:
  实验图 6 是 SCR 体系孔板流量计测试成果。由图知: 跟着尿素浓度和流量增加,孔板流量计输入电压旌旗灯号逐步降低,这与天生的 NH3 增加相符合; 第 1 款和第 3 款流量计的输入幅值有所减小,旌旗灯号漂移较较着,对称性较差; 3 款孔板流量计输入旌旗灯号偏差 率 分 别 为 1. 32% 、0. 54% 和 2. 45% ; 线 性 度 分 别 为0. 58% 、0. 36% 、和 0. 77% ; 灵 敏 度 分 别 为 0. 42% 、0. 3% 和0. 6% 。对比可知,第 2 款孔板流量计线性度、漂移率、对称性和偏差率zui好,满足柴油机 SCR 体系机能请求。

4. 2、尿素放射量测尝尝验:
  为深切研究瞬态工况下孔板流量计静态呼应精度,假定柴油机转速恒定在1 500 r/min,扭矩由 107 N·m 增至 420 N·m再减至 80 N·m,在发动机台架上进行尿素放射量机能测尝尝验。图 7 是尿素瞬态放射量测试成果。由图知: 当柴油机扭矩由 107 N·m 增至 420 N·m 再减至 80 N·m 过程中,第 1 款和第 2 款孔板流量计检测的尿素放射量均呈台阶状增加,渐进地向目标值逼近,而不是直接到达目标放射量,避免尿素过喷,避免 NH3年夜量溢出; 3 款孔板流量计检测的尿素放射量峰值别离为3 500 g·h- 1、3 400 g·h- 1和3 600 g·h- 1,静态延迟时候别离为 20 s、10 s 和 0 s,表白了第 2 款孔板流量计机能zui好。

4. 3、NH3泄漏测尝尝验:
  为深切研究 NH3泄漏量与尿素放射量的内涵关系,把 3 款孔板流量计别离装置于柴油机上,在柴油机转速为2 500 r·min- 1,扭矩为 350 N·m 工况下,经由过程调剂氨氮比( NSR) 进行NH3泄漏测尝尝验,测得机能曲线如图 8 所示。由表 2 知: 当旌旗灯号措置电路元器件: R1= R2= 47 kΩ,
R3= R4=10 kΩ,
Rg1= 4. 7 kΩ,
Rg2= 75 kΩ; C1= 0. 75 μF,
C2= 0. 39 μF,
C3= 22 μF 时,经计较流量计输入旌旗灯号的漂移率、零点偏差和对称性偏差别离为 0. 02% ,0. 03% 和 0. 02% 。故第 2 组孔板流量计输入电压旌旗灯号为zui优。

8.jpg
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10.jpg

由图知: 在别离利用 3 款孔板流量计检测尿素放射量的前提下,当 0. 6≤NSR≤1. 6 时,
NH3均匀泄漏量别离为 11. 6 ×10- 6、9. 39 × 10- 6和 14. 2 × 10- 6,小于 NH3泄漏均匀限值( 15 ×10- 6) ,均没有产生 NH3泄漏毛病产生,其启事是尿素放射量比较小。第 2 款孔板流量计的 NH3泄漏量zui小。当 1. 6 < NSR≤2 时,第 3 款孔板流量计的 NH3泄漏量均年夜于 NH3泄漏峰值规定前提( 25 × 10- 6) ; 当 NSR = 1. 8 时,第 3 款孔板流量计的 NHm³泄漏量开端年夜于 25 × 10- 6,第 2 款孔板流量计的 NH3泄漏量总未超越 NH3泄漏限值。实验表白: 第 2 款孔板流量计及其优化战略能满足柴油机 SCR 瞬态测试循环请求。


5、结束语:
  ( 1) 基于孔板流量计布局和旌旗灯号措置电路,制定了孔板流量计参数优化战略,实现对 SCR 体系尿素流量在线检测与节制。
  ( 2) 经由过程机能检测、尿素放射量和 NH3泄漏等测尝尝验,考证了该优化战略可以或许包管孔板流量计精确可靠事情。

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