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原文传递柴油车SCR电磁驱动计量泵的开发及其试验研究

论文题名：	柴油车SCR电磁驱动计量泵的开发及其试验研究
关键词：	柴油车;SCR系统;电磁驱动;计量泵;模拟试验
摘要：	目前，我国部分城市已经开始实施国V排放标准。SCR（Selective Catalytic Reduction）技术作为当下主流排气后处理技术之一，能有效地减少汽车尾气中氮氧化物（NOx）的含量。本文针对SCR系统的使用要求，设计了一种由电磁驱动的计量泵（以下简称电磁计量泵）。它结构简单、体积小且计量精确。通过研究其关键技术，为SCR系统计量泵的发展提供了一些新的思路。　　主要完成的工作有：　　1、电磁计量泵的机械设计。在了解国内外SCR计量泵研究成果的基础上，对电磁计量泵的原理进行了探索。在选定电磁铁种类后，通过电磁力与电磁场的计算，开展对电磁计量泵总体结构的设计。针对尿素溶液腐蚀性强的特点，选择耐腐蚀且具有高磁导率的美国416不锈钢软磁材料制作动铁芯。应用直通式锥阀设计单向阀，并在复位弹簧另一侧增添密封圈，缩减单向阀振动与横向位移程度，提高了电磁计量泵的使用寿命。　　2、电磁计量泵控制器的硬件电路设计。完成主控芯片以及功率驱动芯片的选型。根据SCR功能需求对整个系统开展模块化设计。包含电源控制、CAN通讯、信号采集及处理等一系列功能模块。为解决PCB板易出现的散热和抗干扰问题，使用Altium Designer软件对元件进行布局，提高散热效率。通过二次涂覆有机硅改性三防漆的方法对PCB板进行三防处理。　　3、电磁计量泵控制器的软件设计。以SCR系统要求为依据，基于CodeWarrior IDE平台为电磁计量泵控制器编写控制程序。包含对主函数程序、定时中断程序、CAN通讯程序的设计。在此基础上还增加了电磁计量泵状态转换、尿素溶液解冻及计量修正控制。　　4、电磁计量泵的仿真研究。利用AMESim软件搭建电磁计量泵的仿真平台，对电磁计量泵动铁芯的动态特性及流量特性进行了研究。并运用批处理功能，仿真不同线圈匝数和不同弹簧刚度下电磁计量泵动铁芯的动态响应特性。针对电磁计量泵通电时产生磁场的分布问题，运用Ansoft Maxwell软件对电磁计量泵建立二维模型，仿真其在通电过程中的磁力线分布及磁感应强度分布。利用参数化求解功能批量仿真不同的气隙与励磁电流条件下电磁力的变化趋势，对比仿真结果提出优化的方案。　　5、进行试验验证。对电磁计量泵的温升性能和流量特性进行了测试。对配有不同喷孔的电磁计量泵进行了雾化效果对比和流量试验。结果表明：电磁计量泵在通电后，电磁线圈温升很快，最高温度超过140℃。这验证了电磁计量泵动铁芯选材的正确。电磁计量泵在0~35Hz工作时，流量与仿真结果的相对误差在5%以内，线性度较好，可以在这一频段通过改变频率精确地实现流量控制。喷孔径为0.6 mm的喷嘴雾化效果良好，在0~35Hz内易于标定，符合电磁计量泵对喷嘴的要求。　　6、对装备有电磁计量泵的SCR系统进行试验验证。基于某一特定型号的柴油发动机，遵循GB17691-2005标准规定，进行ESC与ETC试验。试验结果表明：SCR系统能正常工作，NOx的比排放量分别下降至1.109g·(kW·h)-1和1.160g·(kW·h)-1，符合国V排放标准。这也验证了设计电磁计量泵性能稳定，计量精确。
作者：	唐齐新
专业：	交通运输工程
导师：	刘军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文