SCR計量泵方案及結構設計(共27頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上SCR計量泵方案及結構設計汽車的節(jié)能環(huán)保作為一個世界性的課題在全球范圍內為人們所重視。為了減少汽車有害氣體排放對生態(tài)環(huán)境的危害，世界各國都相繼采用了更加嚴格的排放法規(guī)，如歐盟在2005年實施歐，并在2008年實行歐V排放法規(guī)。歐V法規(guī)的NOx排放限值比歐降低60，PM的排放限值相應下降80；美國在2007年實施EPA2007，PM排放值為0019bhphr，NOx排放值為0209a,hphr。我國重型柴油車排放標準國皿V已于2006年發(fā)布，技術內容等效歐洲相應技術法規(guī)(歐IV)，實施時間分別為2008年、2010年和2012年，北京在2008年開始執(zhí)行國，國技術已經逐

2、步進入我國社會。柴油發(fā)動機作為卡車、客車以及非道路用車如拖拉機、農用車以及工程機械等的主要動力輸出，有著廣泛的應用群體，如何降低柴油發(fā)動機的排放，以應對法規(guī)，需要我們長時間付出不懈的努力。從表1-1中可以看出，有害氣體的排放限值有了很明顯的下降。其中最少的下降了8 1(H C)，最高的達到了(P M)9 4(見表1-1)21。可見隨著排放法規(guī)的不斷嚴格，有害氣體的排放有了明顯減少，生態(tài)環(huán)境得到了保護。但作為傳統(tǒng)動力代表的柴油機，為滿足日益苛刻的排放法規(guī)，僅憑機內凈化而沒有后處理技術的參與已經變得越來越困難。究其緣由，柴油機尾氣的兩大污染物NOx與PM的形成與含量存在著相互制約(trade of

3、f)的關系。努力減少其一，必然導致另一污染物增加，即通過機內措施同時減少或消除NOx和PM的排放是極其困難的。為了滿足未來新的排放法規(guī)的要求，如何協(xié)調柴油機油耗和排放，特別是歐排放的基準上進一步降低NOx排放，相關領域的技術專家從燃油品質、柴油機機內凈化技術、機外凈化技術(尾氣后處理技術)等三個方面尋求策略。提升柴油品質包括降低柴油中的硫含量、控制柴油的十六烷值、添加劑的使用；機內凈化技術包括電控高壓燃油噴射技術、進氣渦輪增壓技術、進氣中冷技術、廢氣再循環(huán)(EGR)、均質混合壓燃技術(HCCI)等。但在歐V排放法規(guī)面前，僅僅依靠這些是遠遠不夠的，必須在此基礎上綜合使用排氣后處理技術來控制NOx

4、和顆粒物。國際上，為滿足更嚴格的排放標準，如歐IVV或者US2007標準，基本卜都是通過進一步改進歐發(fā)動機機內燃燒技術，加上SCR或EGR+DPF(廢氣循環(huán)+顆粒捕集器)等后處理系統(tǒng)來實現(xiàn)的。在我國，由于技術和社會原因，一直在尋求其他替代技術路線，試圖走出一條既經濟又可行的方案。主要有以下三方面的考慮，1、技術壓力。對于國發(fā)動機以及后續(xù)國、國v升級我們并未完全掌握自主核心技術，為了滿足新的法規(guī)要求，仍需尋求國外技術支持；對于排氣后處理裝置，同樣面臨這個技術壓力的問題。2、成本壓力。發(fā)動機成本壓力，主要來自高壓電控供油系統(tǒng)如高壓戴軌系統(tǒng)約占發(fā)動機成本三分之一：后處理裝置的成本壓力，估計也占產品的

5、三分之一3、社會壓力。采用排氣后處理技術將帶來社會基礎設旖壓力，如SCR系統(tǒng)使用的箏用尿素AdBlue的存儲和供給；EGR+ DPF這種先進排放技術要求的高質量低硫柴油等等。這些成本初期可能由石化企業(yè)承擔，最終會轉嫁到社會。當然還有其他熏要問題，如各地燃料質量差異；EGR+DPF或SCR使用過程中的作弊問題，如實際使用中EGR率低于型式認證值；SCR系統(tǒng)中尿素使用量變少或不使用等等，導致氮氧化物排放大幅增加。國際上，考慮到技術成熟性和穩(wěn)定性及技術升級方便性，一般都采用大家都認可的主流技術。歐美等發(fā)達國家一車輛排放控制要求嚴格而且處罰嚴厲，所以追求一種既滿足社會需要，又在未來發(fā)展上可節(jié)省成本的技

6、術發(fā)展方向。從排放法規(guī)不斷升級的長期觀點考慮，國外選定一個可以不斷技術升級的基礎平臺的做法很值得我們借鑒。NOx的NH3SCR技術始于20世紀70年代，國外已廣泛應用于固定源煙氣脫硝61，SCR是Selective(選擇性)、Catalytic(催化)、Reduction(還原)的英文縮寫。它的原理是利用V205fri02催化劑，在氧氣大大過量的條件下讓NH3選擇性地還原NOx到N2。使用了以Ti02為基礎的催化劑保證了催化轉化器對S02有很強的耐受性。目前，Nit3SCR被視為最有希望實際應用于重型柴油機尾氣NOx凈化的技術之一。考慮到氨的強刺激性與毒性為公眾難以接受，氨的堿性對設備有較強的

7、腐蝕性，研究者們傾向于以尿素(325的尿素水溶液UreaSCR)代替氨選擇性催化還原柴油機尾氣中的氮氧化物(NH3SCR)。為了提高UreaSCR體系凈化NOx的效率，減少氨的泄漏，MAN公司提出了基于UreaSCR體系的VHRO系統(tǒng)。“V"為前置的氧化催化劑，該催化劑的作用是將排氣中的部分NO氧化為N02以提高SCR催化劑的低溫活性；“H"為尿素水解催化劑，其作用在于加速尿素水解，從而有利于隨后的NOx選擇性還原；“R”為SCR催化劑，在該催化劑床層中，排氣中的NOx與尿素水解形成的氨發(fā)生選擇性還原生成N2和 H2O。氨為選擇性氧化催化劑，可將排氣中氨轉化為N2以減少氨的

8、泄漏。目前，UreaSCR體系已成為滿足歐V與US 2007的重型柴油車NOx凈化首選技術。在2000年，美國主要的柴油機制造商就宣布其滿US2007排放法規(guī)的技術路線將在SCR或EGR+DPF兩個技術方案間做選擇。截至目前美國市場主要采用EGR+DPF技術來滿足US 2007排放法規(guī)。不過，雖近荑國EPA發(fā)布了認證SCR技術的輕型和重型柴油車申請排放證書程序(EPA-HQOAR2006-0886-0002)，這表明美國市場也開始使用SCR技術。在2003年7月，制造商們就已經選擇SCR技術來進一步減少NOx排放以滿足排放法規(guī)的要求。目前，在歐洲已經得到示范應用。為促進該項技術在歐洲的推廣出臺

9、了AdBlue計劃，美國能源公司巨頭埃隸、法國道達爾菲納埃爾夫公司以及英國BP石油等石油公司，戴克、福特、菲亞特、大眾、德國曼汽車集團、康明斯、沃爾沃、依維柯、雷諾_、Scare、奧迪、道依茨等汽車與發(fā)動機制造商，還有眾多的催化劑公司與尿素生產商均參與其中。德國OMV冶煉廠正在巴伐利亞的一家加油站設立尿素零售店：lO輛奔馳商用車各進行了1429萬公里的測試；Shell公司也于2003年開始了該公司的第一家“AdBule”尿素設施；德國最大的能源零售公司A腳正計劃在自己的研究基地進行Urea-SCR技術氣候適應性測試。此外，戴姆勒一柯萊斯勒公司聯(lián)合奧迪、大眾公司共同在美國確立柴油機凈化技術品牌B

10、luctec，該凈化技術包括氧化催化劑、DPF(柴油顆粒過濾器)、NOx(氫氧化物)吸附還原催化劑、屎素SCR(選擇性_i生；原催化劑)等(如圈l一2所示)。目前歐洲的趨勢是長途載重車通常選用SCR技術，而短途運輸或者城市公交車則選擇EGR+DPF技術。一宦以柬，美國的燃油價格要比歐洲的燃油價格低，而尿素價格則相對較高；另個原因是尿素的供應問題一直找不到卟合理的解決方案；同時，US2007標準對新車提出了KM無維修的要求，這些岡素都阻止了SCR技術在美國的應用，因為大約每5000 kin就要添加一次尿素。園此如果要采用SCR技術，還需要向美國EPA申請?zhí)貏e許州。歐洲的選擇豐要是基于成本因素。歐

11、洲的燃油價格很高，SCR技術具有的較好燃油經濟性使該技術成為首選。當然，在有些地方仍然需要采用EGR+DPF技術，因為這些地方法規(guī)仍然限制沒有加裝顆粒過濾器的車輛進入市區(qū)。國內主要在北京大約有4500輛采用SCR技術的公交柴油車在運行，由公交公司負責尿素供給。上海為迎接世博會也即將使用采用SCR技術的公交車，廣州等其他城市也在試驗這種車輛。中國汽車技術研究中心開發(fā)的車載排放測試系統(tǒng)檢測結果初步顯示：(1)NOx排放約259km；PM約70mgkrn。同比NOx排放約下降75，顆粒物約下降50。(2) AdBlue消耗量：平均24I100km。春秋季節(jié)尿素消耗量在2128L100km，夏季消耗量

12、在25一L100km。而EGR+DPF由于成本、油品以及升級潛力等問題，目前在國內尚無應用實例。如果尿素供應問題能夠解決，SCR無論從技術開發(fā)可行性方面還是從燃油經濟性方面都應當作為首選技術路線。國內的各大發(fā)動機生產廠商對于應對即將到來的國、國V排放標準的方案也基本達成了共識，近幾年加大了對SCR項目的研發(fā)力度。2006年玉柴機器自主研發(fā)推出了采用SCR技術滿足國排放法規(guī)的柴油機，2008年又推出了基于SCR的國V公交車柴油機。此外國內許多柴油機廠也紛紛與BOSCH、Hilite等國際公司合作開發(fā)基于SCR技術滿足國排放的發(fā)動機。二汽集團、武漢添藍、張家口百通、無錫威孚立達、無錫凱龍等也都在S

13、CR的關鍵零部件及控制器等領域進行了較為深入的研究。但到目前為止，國內對于該領域的研究還處于起步階段，許多核心部件都還依賴進口，國產化任重道遠。SCR技術的高門檻目前，SCR各組件的核心技術都掌握在國外的跨國公司手中，比如，催化平臺、催化劑、計量泵等。國內廠家根本無技術力量及大量資金去這攻克這些技術難點，僅僅起到一個組裝的作用，而組裝的產品還沒有通過國內各主機廠的標定及上公告，而博世已上了國內主要幾個主機廠的公告。當歐IV真正到來的時候，這些國外巨頭從上游一起斷貨或提高價格。那么，這一行業(yè)將會從國內廠家手中消失?；蛘邷S落為主機廠與國外跨國巨頭比價的工具。目前，國內號稱唯一一家能夠做成套SCR設

14、備的廠家，其核心的技術，僅僅是不銹鋼封裝技術。其余均采購自國外廠家。當這些核心技術都沒有解決的時候，該廠家老總就開始考慮SCR大規(guī)模上馬時的生產能力是否能滿足市場的需求。實在是讓人對此行業(yè)的發(fā)展產生絲絲擔憂！ SCR國內發(fā)展的情況SCR這一系統(tǒng)的市場前景，被越來越多的配件廠商所認識。目前至少有三家廠商都在搞SCR系統(tǒng)，但是那一家能夠掌握核心技術，成為新的行業(yè)新貴，還是讓時間來證明吧！國外進入國內的市場的廠商為康明斯、博世。其實作為國內廠商集中力量去攻克SCR系統(tǒng)各組件其中一件，不去走整套供應商路線，同樣也可以在這幾百億的市場中分一杯羹。國內的主機廠也不可能讓一家供應商去壟斷整套設備的

15、供應，因此，專門去做其中一件組件的供應，術業(yè)有專攻，不失為比較合適的做法。另外，歐IV排放標準的真正實行，還有一段政策的空白期，那么各廠商把資金與人力投放到此項目上，即使是與各主機廠標定，但是量遲遲出不來，產生不了利潤。這對各廠商的耐心也是個巨大的考驗。 應用SCR技術的優(yōu)缺點分析 柴油發(fā)動機的排放控制主要是對排放中的PM和NOx的處理。處理方案一是先在發(fā)動機內處理NOx，再處理PM；或者兩種都進行后處理。最后這種方法存在一個污染源回收的處理問題。沒有EGR系統(tǒng)，在發(fā)動機內處理NOx是非常困難的，并且燃油消耗更高。因此，一般多采用在發(fā)動機機內減少PM排放，在廢氣中處理NOx。（1） 目前在廢氣

16、中處理NOx采用的是SCR處理技術，即：利用尿素溶液（水溶液濃度為32.5%±0.5%），在排氣中噴入尿素、氨水等還原性物質，將NOx（主要是NO）還原為N2和H2O。它無毒、潔凈、無氣味、不易著火、無爆炸危險，但有腐蝕性，必須使用特殊的容器儲存。（2） SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動機管理系統(tǒng)控制，尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配，在保證降低NOx的同時，不能超過份量。尿素的噴入量過少，則達不到應有的處理水平，尿素的噴入量過多，則會使多余的氨氣排入大氣，導致新的污染。所以，必須要有高靈敏度的NOx濃度傳感器以及相應的高精度的尿素噴射裝置。而且尿素消耗較快，定期添加尿素的責任

17、也必須由用戶來完成。（3） 使用SCR后不但要增加SCR本身裝置的重量，另外還要增加一個尿素溶液箱和尿素溶液。汽車會損失一部分的有效載荷。 （4） SCR作為一個新的后處理技術，因購置、操作和保養(yǎng)費用高、需要加一套較為復雜的調節(jié)還原劑噴射量的控制系統(tǒng)等等原因，在車用柴油機上還沒有得到大范圍的推廣。（5） 必須保證行駛區(qū)域內對尿素需求的供應，需要車載診斷，并需要自覺及時地加尿素。在SCR技術的應用方面，目前已基本解決尿素的儲存、注入和噴射策略等技術問題，使用耐久性好，但還需進一步解決降低SCR裝置以及尿素加注站的成本等問題。目前市場上成熟的己投入市場的SCR系統(tǒng)主要分為空氣輔助式和直接噴射式兩種

18、?？諝廨o助式的代表是Hilit公司的產品，如圖2-1所示：直接噴射式的代表是Bosch公司的產品，如圖2-2所示：博世系統(tǒng)的主要特點如下：1)尿素泵：直流無刷霍爾隔膜泵2)壓力控N-高速電磁閥控制，無蓄能裝置3)噴嘴：線圈為低電阻(19Q)、低電感(13mH)，電流式驅動4)系統(tǒng)在停止噴射后通過泵和換向閥清除Urea。5)噴嘴冷卻(尿素溶液冷卻)6)噴嘴有霧化噴霧功能7)遍布電加熱裝置BOSCH系統(tǒng)的可控性高，同時體積較小，集成度較高，但是由于電磁閥噴嘴直接安裝在排氣管上，對電磁閥本身的可靠性以及隔熱散熱要求很高，同時為了保證霧化性能并防止結晶，使用了一套換向單元以及博世的專利霧化噴嘴結構，制

19、造工藝復雜，成本較高。 SCR系統(tǒng)方囊一 SCR系統(tǒng)布置圖系統(tǒng)具體組成如下：1)柴油機：2)添藍控制器：添藍控制器通過采集CAN總線及各傳感器的信號，根據(jù)柴油機的工況變化和催化器的溫度變化，按照內部寫定的穩(wěn)態(tài)噴射策略和動態(tài)修正策略，準確的控制定量給料單元向排氣管中噴射添藍。根據(jù)SAEI939商用車通訊協(xié)議編制，能夠在大多數(shù)車載CAN網絡系統(tǒng)中使用，OBD車載診斷系統(tǒng)定義DCU的工程樣品的開發(fā)已經完成，同時，添藍控制器具各故障診斷功能，實時對整個SCR系統(tǒng)進行故障監(jiān)測與診斷，目前處于調試和功能完善階段。3)催化器消聲器：催化器是SCR系統(tǒng)中的重要組成部分，為催化劑的儲存容器，是發(fā)動機尾氣中NOx

20、與添藍水解產生的NH3發(fā)生催化還原的主要空間。催化消聲器是一個集催化器和消聲器于一體的催化消聲裝置（如需尾氣加熱功能還可集成尾氣加熱器），代替了傳統(tǒng)的消聲器系統(tǒng)。催化消聲器內部有三個串聯(lián)并相互獨立的單元組成，包括氨擴散器、催化器和消聲器。擴散器負責將帶有氨的排氣均勻的分布在催化器的表面，催化器負責加速NOX的還原，消聲器消除發(fā)動機排氣系統(tǒng)的噪音。為了防止氨氣腐蝕，催化消聲器整體采用不銹鋼材料制造，其內部催化器工作過程中需要表面最低溫度達到200，因此布置時應盡量靠近發(fā)動機，催化器入口必須位于距增壓器出口14m的地方。催化器前后設有兩個溫度傳感器，用于檢測催化器前后溫度，以此來判斷催化器表面溫度

21、，確定AdBlue的噴射量。4)計量供給單元：定量給料泵上有4個接頭，分別是：空氣供給、添藍供給、添藍回流、添藍噴射。添藍控制器通過CAN總線向定量給料泵發(fā)出命令，控制定量給料泵啟動、初始化、噴射、排空。5）噴嘴：噴嘴安裝在排氣管上，作用是將定量給料單元送來的添藍與壓縮空氣的混合物噴入排氣管，并使混合物均勻霧化。噴嘴的理想位置是在一段筆直的排氣管上，且徑向必須居中。噴嘴具有四個直徑為0.5mm的孔，具有徑向噴霧排列形狀。噴嘴在管內必須居中且最好安裝在直的排氣管上，但可以安裝在與排氣管中心線垂直的任意徑向角度。最好能將噴嘴放在最不容易受到路面損壞的地方。6)添藍罐：添藍罐用于儲存添藍添藍的成分為

22、325的尿素水溶液，不易著火，低腐蝕性，冰點為-11。添藍罐的尺寸應與添藍用量相匹配。對于歐標準，添藍消耗量大約為燃油消耗量的5，歐v大約為7。7)防凍液電磁閥：防凍液電磁閥為添藍化冰服務，當添藍控制器認為需要對添藍罐和添藍管道內的添藍進行加熱，將會控制防凍液電磁閥打開，熱的發(fā)動機冷卻液就會順著管道流向添藍罐，使得舔藍罐內的添藍溫度升高。由于冷卻液管道和添藍管道扎在一起，外套保暖管所以添監(jiān)管道的溫度也會同時升高。8)傳感器：添藍罐液位傳感器和添藍罐溫度傳感器用柬監(jiān)測添藍罐內添藍的液位和溫度的信號，催化器入口溫度傳感器和催化器出口溫度傳感器用來監(jiān)測催化器內部溫度的變化。NOx傳感器用來檢測排氣中

23、NOx的含量。傳感器把各種參數(shù)轉化為電信號傳輸至DCU，通過控制策略對噴射量加以修正。計量泵可以安裝在罐的上方或與罐頂相同的高度上。計量泵不應安裝在罐的下方。噴嘴的安裝高度應低于計量泵SCR系統(tǒng)的布置設計 SCR系統(tǒng)混和管的布置設計對SCR載體內的化學反應有很大的影響。在國柴油機的開發(fā)過程中，相當多的工作是對混和管進行優(yōu)化設計，包括管道的幾何形狀、尿素噴射裝置的位置和噴射角度等。對管道的幾何形狀、尿素噴射裝置的位置及噴射角度進行優(yōu)化設計，從而保證在混和管路不出現(xiàn)粒子撞壁后的結晶。通過對SCR載體入口速度均勻性和整個載體的壓力損失情況進行計算分析，保證載體入口速度分布均勻，整個系統(tǒng)產生較小的壓力

24、損失。通過計算優(yōu)化排氣管道形狀以及噴射位置和噴射角度，避免尿素水溶液撞壁出現(xiàn)沉積，堵塞管路。利用數(shù)值模擬研究這些過程，可以優(yōu)化混和管路的設計和尿素噴射裝置的布置，從而優(yōu)化SCR系統(tǒng)的布置，預測催化效率，減少試驗成本。反應原理噴嘴將“添藍”(AdBlue)以液滴的形式噴入排氣后，隨著液滴的霧化與擴散，因排氣溫度較高導致液滴水分蒸發(fā)從而產生崮體或熔化的尿素，其熔點為132。C，如式(21)所示，尿素隨之熱分解為等摩爾的NH3和異氰酸(HCNO)，見式(2-2)。HCNO在氣相時非常穩(wěn)定，因此，添藍從噴入排氣到催化劑之前發(fā)生的化學反應過程可以概括為：（NH2）2CO(液) (NH2)2CO(固)(吸

25、熱反應) (2-1)(NH2)2C0(固) NH3(氣)+HCNO(氣) (吸熱反應) (2-2)HNCO+H20NH3+C02 (23)在催化器中，由AdBlue水解反應得到的NH3和NOx發(fā)生的主要反應如下：4NH3+4NO+O24N2+6H2O （2-4）由于在柴油機的NOx排放中NO占90以上，而且02參與了反應所以稱反應(2-4)為標準SCR反應該反應表明理論上NH/No摩爾比為1。在有氧條件下還會發(fā)生反應(25)：4NH3+2N02+023N2+6H2O (2-5)缺氧條件下，反應式(2-1)變?yōu)椋?NH3+6NO5N2+6H2O (2-6)4NH3+4NO+3024N20+6H2

26、0 (2-7)該反應進行的很慢，而且在柴油機的大多數(shù)工況下都是富氧進行的，所以該反應通常不予以考慮。SCR反應的非選擇性除了生成N2外，還有其他產物生成(即N20)，如當NH3NO摩爾比小于1時就會發(fā)生反應(2-7)。在催化器溫度高于450"C的富氧環(huán)境中，NH3容易直接被02單獨氧化，產生如下副反應。4NH3+502->4NO+6H20 (2-8)4NH3+3O2一2N2+6H20 (2-9)2NH3+202N2O+3H20 (2-10)目前正深入研究反應(2-9)，其反應溫度較低，如果NH3過量，這個反應可以被用來防止NH3泄漏。這樣既不需要用其他的吸收劑，也不會產生新的污

27、染物。目前丹麥的托普索公司出品的SCR催化器在反應層的尾部加上了促使該反應發(fā)生的Pt氧化物涂層，能有效降低NH3的泄漏，但是在催化器溫度低于190時，容易產生如下副反應，生成的硝酸銨、三聚氰酸聯(lián)合體以固態(tài)或液態(tài)形式沉積在催化劑表面的微孔上，導致催化劑臨時性的中毒。2NH3+2N02+H20NH4N03+NH4N02 (2-11)NH3+SO3+H2ONH4HSO4 (2-12)2NH3+S03+H2O(NH4)2S04 (213)SCR系統(tǒng)的主要狀態(tài)SCR系統(tǒng)的主要狀態(tài)有：初始化、泵停止、裝填、噴射、清潔和診斷。初始化：尿素泵上電后，SCR系統(tǒng)處于初始化狀態(tài)，尿素泵進行相關的初始化工作，如從E

28、EPEOM中讀取數(shù)據(jù)等。泵停止：初始化完成后，尿素泵自動進入停止狀態(tài)，只有當添藍控制器發(fā)送其他狀態(tài)命令或者下電，尿素泵才離開停止狀態(tài)。一旦下電，尿素泵會存儲相關參數(shù)。裝填：尿素泵處于停止狀態(tài)時，添藍控制器發(fā)送裝填命令可以使SCR系統(tǒng)進入裝填狀態(tài)，在該狀態(tài)尿素泵會測試助力空氣及尿素溶液吸入回流是否正常，經過30秒后，如果一切正常，尿素泵自動進入噴射狀態(tài)。如果不正常，會繼續(xù)測試。噴射：添藍控制器將計算得到的當前尿素噴射速率通過CAN總線發(fā)送給尿素泵，尿素泵控制執(zhí)行機構實現(xiàn)尿素噴射速率。清潔：處于清潔狀態(tài)時，尿素泵向噴射管道吹入空氣，為下一個工作循環(huán)做好準備。診斷：任何狀態(tài)都可以進入診斷狀態(tài)，一旦進

29、入這個狀態(tài)，其他的工作都停止，在診斷狀態(tài)可以手動測試泵和空氣電磁閥工作是否正常。尿素噴射速率理論需求量計算根據(jù)NH3生成過程和NOx催化還原反應，可以推導出尿素水溶液理論需求量的表達式。假定：1)可以準確地得到柴油機排氣質量流量(Kgh)：2)柴油機排氣中NO和N02的摩爾比為9：1；3)SCR催化器有理想的選擇性和催化特性；4)反應式(2-1)- (2-4)進行完全。那么，在某工況下，將排氣中NO和N02完全消除所需的尿素量就可以確定下來。設單位時間內柴油機排氣的質量為Akg，NOx的排放值為Bppm，取排氣的摩爾質量為29Kgmol，那么單位時間內的排氣中NOx的物質的量可以表示為：DeN

30、Ox=AB xlO-629(kmo) 排氣中NO和N02的物質的量分別為09DeNOx kmol和01DeNOx kmol。根據(jù)化學反應方程式得出如下對應關系：CO(NH2)2-N02一NO1 1 1X1 0.1DeNOx X2CO(NH2)22NO1 2X3 (09DeNOx-X2)式中：Xl"化學反應方程式2NH3+NO+NO2=2N2+3H2O完全反應需要的尿素的物質的量：X2：化學反應方程式2NH3+NO+NO2=2N2+3H2O完全反應需要的NO的物質的量；X3：化學反應方程式4NH3+4NO+02=4N2+6H20完全反應需要的尿素的物質的量。解得：XI=O1DeNOxk

31、mol，X2=01DeNOxkmol，X3=04DeNOxklnol。所以總的尿素消耗量是：X=X1+X3=O5DeNOxkmol如果將單位時間內尿素物質的量折合為尿素水溶液的質量，并設尿素水溶液的濃度為C，則尿素水溶液的質量為：M=100x60XC=30×103DeNOxCkg。本項目使用325質量比的尿素水溶液，所以取C=325，因此將單位時間內排氣中NOx完全消除所需325濃度的尿素水溶液的質量為：M=318AB x10-6kg基于CAN網絡的J1939通訊協(xié)議80年代末，博世公司和英特爾公司研制了專門用于汽車電子系統(tǒng)的總線CAN規(guī)范，但因CAN總線要求每個端口都需有單獨的通訊

32、處理能力，這在當時的汽車電器系統(tǒng)中很難辦到。1987年中期，Intel開發(fā)了首個CAN控制器-82526。不久，Philips半導體也推出了82C200。這兩種CAN控制器在報文過濾和控制上有許多的不同。Philips半導體的方式叫做BasicCAN；Intel的方式叫做FullCAN，由此后的不斷發(fā)展，從而形成了FulIerCAN和BasicCAN兩大陣營。20世紀90年代初，BoschCAN規(guī)范(CAN2.O)被提交給了國際標準化組織。經過討論，應一些法國主要汽車商的要求，包含了吸收一些VAN網(VehicleAreaNetwork)的內容。并于1993年11月出版了正式的CAN國際標準I

33、SOll898。從此CAN協(xié)議被廣泛的用于各類自動化控制領域。在1992年，奔馳公司首先在他們的高級轎車上使用了CAN技術。這是CAN技術在車載網絡系統(tǒng)中的首次實際使用。隨后，采用CAN總線標準的汽車制造公司越來越多，其中有大眾、寶馬、保時捷、勞斯萊斯、美洲豹等。支持CAN總線標準的電子公司有英特爾、摩托羅拉、飛利浦、Microchip、西門子等。CAN總線的基本結構CAN總線是控制器局域網(Controller Area Network)的簡稱。最早是由德國博世公司為其產品開發(fā)的一套內部規(guī)范。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充

34、、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN總線的特點目前國際上所通用的標準是CAN20B規(guī)范，其中描述了標準格式和擴展格式兩種報文。標準格式與擴展格式的主要區(qū)別在于其標識符，在標準格式中標識符為11位，在擴展格式中標識符為29位。CAN為多主工作方式，協(xié)議本身對節(jié)點的數(shù)量沒有限制，總線上節(jié)點的數(shù)量可以動態(tài)改變，網絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節(jié)點通過報文的形式發(fā)送信息。圖4-1為汽車上構建的CAN網絡。在報文標識符上，CAN上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求。CAN采用非破壞性總線仲裁技術，大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。CAN的通訊介質可以是雙絞線、同軸

35、電纜或光導纖維，直接通信距離最遠可達10kin(速率5kbps以下)；通訊速率最高可達1Mbps(此時通訊距離最常為40rn)。報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率低。CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上的其他節(jié)點操作不受影響。CAN總線的報文傳輸對于傳輸?shù)膱笪挠袃煞N不同的幀格式，含有11位標識符的幀稱之為標準幀，而含有29位標識符的幀為擴展幀。報文傳輸有四種不同類型的幀：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀，由于本文主要用到前兩種，所以對其加以介紹：1)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)?/p>

36、接收器。如圖所示，數(shù)據(jù)幀由7個不同的位域組成。(1)幀起始(SoF)，標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，僅有一個顯性位組成，用于幀同步。只有在總線空閑時才允許站點開始發(fā)送信號，所有的站必須與首先開始發(fā)送的站的幀起始前沿同步。(2)仲裁域，由標識符和RTR位構成。CAN協(xié)議具有兩種數(shù)據(jù)幀類型：標準格式和擴展格式。標準格式標識符長度為11位。擴展格式標識符長度為29位。IDE(Identifier Extension)為顯性位表示數(shù)據(jù)幀為標準格式，IDE為隱性位表示數(shù)據(jù)幀為擴展格式。RTR(Remote Transfer Request)為遠程傳送請求位，它是區(qū)別數(shù)據(jù)幀與遠程幀的標志。(3)控制域，由6個位組成，標準格式的控制域結構和擴展格式的不同。標準格式里的控制域包括數(shù)據(jù)長度代碼、IDE位及保留位m。擴展格式里的控制域包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位t rl和m。其保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器接收的是顯性和隱性位的組合。(4)數(shù)據(jù)域，由數(shù)據(jù)幀里的發(fā)送數(shù)據(jù)組成，給出要傳送的數(shù)據(jù)。CAN標準格式中，一個幀中數(shù)據(jù)為0-8個字節(jié)長。數(shù)據(jù)