论文摘要
如今,石油资源日益紧张,汽车排放标准限制也越来越严格。以天然气作为替代燃料的新能源汽车的发展将成为今后汽车产业的主要发展方向。摆脱对国外天然气发动机电控系统技术的依赖,掌握天然气发动机控制的核心关键技术,开展满足动力性能和排放要求的天然气发动机电子控制系统研究,正是本文的主要工作。本文首先对主流的天然气发动机电控系统以及排气后处理的技术路线进行了研究,结合我国自身的发展状况,确定采用电控喷射系统实现机内优化燃烧的加SCR后处理技术路线方案。然后对电控喷射系统主要组成部分进行了研究分析。重点研究了电子节气门的结构及开度控制原理,在此基础上运用Matlab建立包括直流电机、复位弹簧、摩擦转矩减速齿轮组在内的闭环控制模型。仿真结果表明电子节气门开度具有良好的响应性、跟随性,为实际的电子节气门开度控制打下基础。在对电子节气门开度精确控制的基础上,研究并引入进气流量的节气门流量估算模型,与速度密度法的流量估算模型相结合,用于天然气发动机稳态、瞬态的空燃比控制中空气进气量的估算,很大程度上改善了速度密度法估算模型的瞬态空燃比控制效果。对天然气发动机排放的SCR后处理技术的反应原理进行了比较深入的研究,结合发动机台架实验确定发动机的排放、空速、转化效率脉谱。根据发动机的氮氧化物排放和转化效率脉谱对尿素水溶液喷射速率进行研究,分别制定了稳态和排温突变的瞬态工况下尿素水溶液喷射速率控制策略。发动机台架试验表明,天然气发动机空燃比控制效果良好,在各运行工况下都能够很好地跟随目标空燃比;ETC测试循环表明,结合SCR后处理技术,天然气发动机排放满足国V标准,达到了课题的研究目标。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题研究的背景1.2 我国天然气汽车发展历程及现状1.2.1 丰富的天然气资源1.2.2 我国天然气汽车的发展1.3 天然气发动机电控系统研究1.3.1 电控喷射系统1.3.2 电控调压系统1.3.3 两种系统对比1.3.4 天然气发动机电控系统关键控制技术1.4 天然气汽车的排放及其控制技术1.4.1 天然气汽车的排放1.4.2 机内优化燃烧1.4.3 排放后处理技术路线的选择1.5 课题研究的主要内容及意义1.5.1 课题研究的意义1.5.2 课题研究的内容1.6 本章小结第二章 天然气发动机电控系统组成和控制要点2.1 空气管理系统主要部件2.1.1 电子节气门2.1.2 涡轮增压器2.1.3 废气旁通阀及其控制阀2.1.4 防喘振阀2.2 燃气供给系统主要部件2.2.1 高压减压器2.2.2 燃气喷射喷嘴2.3 主要传感器2.3.1 曲轴和凸轮轴位置传感器2.3.2 油门踏板和节气门位置传感器2.3.3 宽域氧传感器2.4 天然气发动机典型控制内容和策略简要分析2.4.1 扭矩结构分析2.4.2 怠速调速控制2.4.3 空气管理系统控制2.4.4 燃料供给控制2.4.5 点火控制2.4.6 故障诊断及关键失效处理策略2.5 本章小结第三章 电子节气门的建模与空燃比控制研究3.1 电子节气门控制系统研究3.1.1 电子节气门体执行机构的数学模型3.1.2 基于Matlab的电子节气门模型建立3.1.3 电子节气门参数确定3.1.4 电子节气门模型仿真结果3.2 电子节气门流量模型研究3.2.1 节气门流量模型3.2.2 节气门有效流通面积的测量3.3 空燃比控制3.3.1 空燃比控制策略3.3.2 空气流量和燃气喷射量计算3.3.3 空燃比闭环及自学习控制研究3.4 本章小结第四章 基于SCR的天然气发动机排放控制技术研究4.1 SCR反应原理4.2 SCR后处理系统组成4.2.1 高压空气供给系统4.2.2 计量喷射泵4.2.3 尿素喷射喷嘴4.2.4 催化转化器4.2.5 SCR电控系统组成4.3 排放参数及其确定4.4 催化器的转化效率研究4.4.1 发动机排气温度的影响4.4.2 空速的影响4.5 SCR尿素喷射控制研究4.5.1 理论尿素喷射量的计算4.5.2 稳态工况下的尿素喷射量4.5.3 尿素喷射的瞬态补偿4.5.4 尿素喷射控制策略研究4.6 本章小结第五章 天然气发动机电子控制系统试验研究5.1 基于HIL的电子节气门开度测试5.1.1 硬件在环仿真平台5.1.2 测试结果5.2 发动机台架测试5.2.1 过量空气系数测量影响因素5.2.2 过量空气系数控制测试5.2.3 ETC循环测试5.3 本章小结第六章 全文总结及展望6.1 总结6.2 展望参考文献致谢攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
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