0 引言

据统计[1]，柴油汽车NOX和颗粒物的排放占汽车污染物排放的70%，成为我国空气污染的重要来源之一。为了满足排放法规，结合我国原油含硫量较多的国情，我国从国VI开始采用SCR+优化燃烧路线，作为控制柴油机排放的主流技术路线[2]。

其次，要具有良好的粘合性。焊膏粘性不够时，印刷过程中焊膏将不会在模板上滚动；焊膏粘性过大时，焊膏将会挂在模板孔壁上，不能全部漏印到焊板上。

目前SCR系统主要采用基于MAP的前馈控制方式。但是由于NOX排放模型控制尿素喷射精度低、MAP标定困难等原因，导致下游NH3泄漏量大或者NOX浓度过高，难以满足排放法规的要求[3]。基于化学模型的SCR控制策略能相对减少标定工作量，并且还能提高NOX的转化效率，有效控制NH3的泄漏[4]。所以，建立基于化学模型的SCR控制策略对SCR技术在车用柴油机上的应用与推广具有重大意义。

本文搭建了化学反应模型和控制策略模型相结合的尿素SCR控制模型，将控制模型转化成代码后导入所开发的单片机，并通过台架试验验证单片机的功能。具体做法是：首先基于SCR系统的化学反应原理和控制策略，在MATLAB/Simulink中搭建基于质量守恒的化学模型和基于柴油机ECU通信和传感器信号采集的SCR控制仿真模块，并把两者整合为尿素SCR控制模型。然后使用代码生成工具（RTW）将控制模型转化为程序代码，使用Freescale公司提供的Code Warrior配置大量寄存器和复杂的接口设备把RTW工具箱中生成的C代码移植到Code Warrior目标工程区进行编译调试。最后将调试好的代码下载到所开发的MC9S12DG256单片机中，并通过台架试验对单片机进行功能验证。本研究建立在先前研究之上，下文所提到的标定MAP及试验数据是前期试验所获得。

（2）分幅分段施工。在路面改扩建过程中，应用的施工方式为分幅分段式施工，为了降低施工过程对旧公路造成影响，同时也为了保证改扩建施工质量，应尽可能选择交通量较小的路段进行封闭施工。

1 SCR系统介绍

教师和学生是一对统一体，彼此在课堂中的地位和所起的作用虽有所不同，但又不能分割，只有双方默契配合，才能上好一节课。在传统的教学模式中，教师是主体，教师是教学活动的中心，起着支配作用，占据课堂的主角，甚至有的教师高高在上。

  

图1 SCR系统简图Fig.1 SCR system diagram

图2为本文所开发的MC9S12DG256芯片实物图。该电控单元的硬件组成主要有：电源管理电路、主芯片基本外围电路、上位机通讯电路（串口通讯）、计量泵通讯电路（CAN通讯）、传感器信号处理电路（处理信号包括转速传感器信号、踏板位置信号、催化剂前后温度热电偶传感器信号、进气温度信号、储液罐温度信号、储液罐液位信号），以及ECU对外接口电路等电路[5]。

  

图2 DCU硬件实物图Fig.2 Physical map of DCU hardware

1.1 SCR反应原理

尿素SCR相关化学反应如下所示[6]:

（4）NH3的氧化

尿素在经过蒸发、热解、水解等反应后生成氨气，尿素的蒸发过程为

 

式中：NH2- C O - N H*2——固体氨。

尿素的热解过程为

 

式中：Rχ——相关化学反应速率；T——温度；E、K——常数；R——理想气体常数；θNH3——氨吸附率。

（3）NOX的催化还原反应，氮氧化物的催化还原反应主要包括以下反应：

随着互联网技术的飞速发展，新型网络媒体技术与企业发展方式已经从根本上发生了变化，对于传统媒体而言，其市场影响力与市场占比已经变得非常小，而且这种情况会随着时代的发展逐渐扩大。虽然传统媒体广告效应和宣传比不上新媒体技术，但是，传统媒体毕竟有其影响力，所以其广告收入并不比新媒体弱。因此，明确企业盈利目标，不仅仅可以促进企业的发展与新媒体技术融合，还可以让新媒体技术与传统媒体方式协同发展。新媒体技术和传统媒体相比，其信息传播方式更快、更广，信息更多，打破了传统媒体以报纸杂志等传统方式的信息传播。在新媒体技术环境下，每个人都是信息传播者，也是信息接收者，对于传统媒体而言，是做不到的。

 

（2）氨的吸附与解吸附

进入到SCR催化器内部的氨，在催化剂载体上时刻进行着吸附与解吸附的反应，反应式为

 

式中：θfree ——吸附在催化剂载体上未被消耗掉的氨；NH*3——吸附在催化剂载体上的氨。

吸附与解吸附的反应速率可描述为

 

尿素的水解过程为

 

在柴油机的尾气排放中，NOX以NO为主，NO通常占NOX含量的85%～95%，由参考文献[7]知式（8）是催化还原反应中的最主要反应，被称为“标准SCR反应”。其中NOX的反应速率可用式（11）表示：

将技能竞赛融入教学改革中，深化产教融合，提升了汽车专业群教师教学能力、人才培养质量，助推了专业建设水平的提升。2017年“汽车运用与维修技术”专业被教育部等部委评为全国职业院校交通运输大类示范专业点，“实施‘赛教融合’，深化‘产教融合’，提升汽车专业群人才培养质量”获得2017年江苏省高等教育教学成果一等奖，“汽车营销与服务”专业2017年被立项为江苏省高等职业教育高水平骨干专业建设项目，“新能源汽车运用与维修”“汽车营销与服务”两个教学团队被评为江苏高校“青蓝工程”优秀教学团队。

与之不同的是，傈僳族的竹书文字是在西方侵略者和传教士入侵和民族主义的话语背景下创造产生的。傈僳族的竹书作为一种本民族内部创造出来记事符号，亦承载了民族英雄的故事和抗争的意义。如竹书的起源传说讲到，其创造者是来自社会底层的贫苦农民汪忍坡，他为了改变傈僳人被剥削和被奴役的社会地位、阻止西方教会的文化入侵而创造出竹书文字。从其书写功能上看，竹书主要记录了供原始宗教祭祀使用的经书和傈僳族传统的民间文学。此外，民间还用之记账、通信等。[注]杨光远、赵岩社：《云南少数民族语言文字概论》，云南民族出版社，2002年，第460页。

 

式中：——吸附在催化剂表面氨的摩尔总数；Θ——氨吸附极限，与温度相关。

 

（1）尿素的热解和水解反应

保育老师轮岗到康复或者特教中心，协助康复师或特教老师对孤残儿童进行康复或教育。有利于他们学习一些科学的康复方法和教育手段，在儿童的生活中加以运用，巩固孤残儿童康复和教育的成果，提升保育品质。

当SCR系统温度高于450 ℃时，NH3的氧化也变成了非常重要的反应，反应方程式和反应速率可用式（12）和式（13）表示：

 

动态化学反映模型可以根据化学反应速率和摩尔守恒建立。参考文献[5]可建立以下表达式：

 

1.2 尿素SCR化学反应模型搭建

建立四维或者多维SCR化学反应模型可以获得精确的控制结果。然而，多维模型建立比较复杂，并且需要更多的传感器以及优化的参数。由文献[8]知，减少传感器的使用和整个控制系统的体积可以延长系统的使用寿命。因此，在均衡了模型的控制精度和参数数量后，本文建立了二维非线性尿素SCR化学反应模型。依据以下方程建模：

SCR系统简图如图1所示。SCR控制单元在相应位置安装相应的传感器，用于检测NOX和NH3的浓度、尾气温度等信号。通过CAN总线接收来自发动机ECU的转速及负荷信号来确定当前工况，结合存储在SCR系统控制器中的各种标定数据和控制算法进行分析运算，确定输出至尿素喷嘴等执行器的电驱动信号，适时适量地将浓度为32.5%尿素溶液喷射到SCR催化器上游排气管中。

 

式 中：rx=Kxe xp(- Ex /R T)，X=ad,de,ox,re；——排气管中氨的浓度；CNO——排气管中NOX浓度；CNH3,in ——SCR前氨的浓度，尿素喷嘴喷射；CNO,in——发动机产生的NOX浓度；F——排气流量；V——催化器体积。

由NOX、NH3和氨吸附率化学反应动力学方程建立化学反应模型，如图3所示。

本文利用非线性最小二乘法估计参数值[9]。根据台架试验测试数据，对公式（17）进行参数估计。

  

图3 化学反应模型Fig.3 Chemical reaction model

2 尿素SCR控制模型

图4为本文采用的尿素SCR控制策略结构图。控制策略主要分为基本喷射模块、稳态修正模块和瞬态修正模块3个部分[10-11]。其中，稳态修正主要针对转化效率进行修正；瞬态修正包括升温修正[12]，NH3存储修正[13-15]，大转矩修正，反拖工况修正。

  

图4 SCR控制策略结构图Fig.4 SCR control strategy structure diagram

根据控制策略，搭建尿素SCR控制策略模型。SCR控制仿真模型由输入量、计算模块和输出量组成。其中输入量包括发动机转速、转矩、SCR催化箱前温和后温。计算模块包括多个子模块，基本喷射量模块、升温修正模块、大转矩延迟喷射模块、反托工况停喷模块、氨存储修正模块。各计算子模块均由公式组成，将各自模块输入量计算得出所在模块的输出量。把控制策略模型和化学反应模型整合为尿素SCR控制模型如图5所示。

  

图5 尿素SCR控制模型Fig.5 Urea SCR control model

3 控制代码生成及底层程序设计

Simulink中的RTW可使模型生成标准的C语言代码，并且可以自动完成编译和目标下载过程。在代码生成报告中可以随机选取所需的程序段植入到新建的目标工程文件中，底层软件划分为端口初始化操作和模块功能配置各种参数。

本文使用RTW将尿素SCR控制模型转化为C语言程序代码，并用Code Warrior配置大量寄存器和复杂的接口设备。根据需求设置模块的功能参数，包括模块时钟、总线配置、系统堆栈。各个模块完成配置后使用Processor Expert一键生成单片机的主函数文件和底层驱动函数文件。把RTW工具箱中生成的C代码移植到Code Warrior目标工程区进行编译调试。最后将调试好的程序刷入芯片。

4 台架试验

试验所用发动机（参数如表1），SCR系统采用压缩空气辅助喷射，催化剂体积是26/L，采用矾基涂层。

（二）充分发挥惠农资源“粘合剂”功能，有效破解了农业农村发展瓶颈。由于“政担银企户”财金互动扶贫试点建立了多方合作的机制，为各方政策接入提供了平台，多项支农惠农资金主动或被动地“粘合”在一起，集中扶持农业农村发展。市县政府引导当地特色农业经营主体纳入财金互动政策的支持对象，并将原有的多项支农资金优先投向财金互动支持项目，改变了支农政策各自为政、小而散的状况，形成了政策合力。金融机构将国家原有的扶贫再贷款、支农再贷款政策整合起来，用于支持开展合作的信贷担保项目，农村信贷规模得到有效拓展。

从理论上讲,大雾的生成需要凝结核、水汽和冷却3要素。由于大雾发生在近地面,一般而言凝结核条件总能满足;冷却条件在一定的天气条件下也容易满足。因此,水汽条件对大雾的形成至关重要。图5a为模拟的2016年3月16日16时水汽通量散度分布图,由图5a可知,大雾发生时,华东沿海及内陆大部分地区水汽通量散度在-0.2～-0.6×10-7 g/(cm2·hPa·s)之间,为弱的水汽辐合区域;并且在大雾维持期间(16日16时—17日02时,图略),华东沿海及内陆大部分地区也都是弱的水汽辐合区。可见水汽源源不断的持续输送,是此次平流雾得以发展和持续的重要条件之一。

 

表1 试验用发动机参数Tab.1 Test engine parameters

  

项目 参数型式 立式、直列、水冷、四冲程、增压中冷气缸数 6每缸气门数 4缸径×冲程 118×150总排量/L 10压缩比 17:1标定功率/kW 309标定转速/(r/min) 1 900最大转矩/(N·m) 1 840

4.1 欧洲稳态循环（ESC）

图6、图7分别代表在ESC测试中，下游NOX浓度、NH3浓度的试验值和仿真值的对比。总体来看，试验值和仿真值相差不大，NOX和NH3的平均排放值均能满足国V排放法规的要求。

  

图6 ESC测试下游NOX浓度Fig.6 ESC test downstream NOX concentration

  

图7 ESC测试下游NH3浓度Fig.7 ESC test downstream NH3 concentration

4.2 欧洲稳态循环（ESC）

图8为ETC测试中原机NOX浓度和SCR下游NOX浓度值的对比。图9为ETC测试中下游NH3浓度。NOX的排放量为1.8 g(kW/h)，NH3排放的平均值为3×10-6。NOX和NH3的排放均小于国V排放限值。说明本文所开发的DCU能满足试验要求。

  

图8 ETC工况下NOX浓度值Fig.8 NOX concentration in ETC operating conditions

  

图9 ETC测试下游NH3浓度Fig.9 ETC test downstream NH3 concentration

5 结论

（1）根据SCR系统的化学反应原理和控制策略搭建了化学反应模型和控制策略模型，并将两模型进行整合为尿素SCR控制模型。

（2）使用代码生成工具（RTW）将控制模型转化为程序代码。用Code Warrior配置大量寄存器和复杂的接口设备后将C代码移植到目标工程区进行编译调试。最后将调试好的程序刷入芯片。

岐山臊子面，面要薄劲光，汤要酸辣香，吃时一定要煎稀汪。一只碗里只有几根面，一筷头就挑完了，忙不迭送入口中。这就是“稀”，汤多面少，味道才不会被稀释。汪指油大，油浮在面上，下筷子前必得先吹一口气，浮油飘到碗边，筷子才顺势挑起面来。平凹吃了一次岐山面，舌尖和胃肠就被彻底征服。1991年，平凹《浮躁》获了美国的奖项，访美途经香港，主人招待他吃西餐，结果他挑了一大盘面。到洛杉矶时，导演吴天明招待他，竟然端上来的是岐山面，这让已经离开祖国多日的平凹胃口大开。要知道岐山臊子面到灯红酒绿的美国都市吃，别有一番风味。

（3）通过台架试验对DUC进行功能验证，结果表明，本文所开发的DCU 在ETC试验循环下，NOX的排放均值为1.8 g(kW/h)，NH3排放的平均值为3×10-6，满足国V排放法规的要求。

参考文献

[1]黄志辉,陈伟程,吉喆,等.全国机动车污染物排放量——《2013年中国机动车污染防治年报》(第Ⅱ部分)[J].环境与可持续发展,2014,39(1):91-96.

[2]Koebel M,Elsener M,Kleemann M.Urea-SCR: a promising technique to reduce NOx emissions from automotive diesel engines[J].Catalysis Today,2000,59(3):335-345.

[3]王谦,王保义.重型柴油机Urea-SCR系统控制策略建模与仿真研究[J].内燃机工程,2015,36(4):46-52.

[4]Schar C M,Onder C H,Geeing H P.Control of an SCR catalytic converter system for a mobile heavy-duty application[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology,2006,14(4):641-653.

[5]胡静,赵彦光,陈婷,等.重型柴油机SCR后处理系统尿素喷射电子控制单元开发[J].内燃机工程,2011,32(1):8-11

[6]Chen P,Wang J.A robust ammonia coverage ratio control method for a two-cell selective catalytic reduction system in low temperature operations[C]American Control Conference.IEEE,2014:2606-2611.

[7]Upadhyay D.Model based analysis and control design of a urea-SCR deNOx aftertreatment system[J].Journal of Dynamic Systems Measurement &Control,2006,128(3):737-741.

[8]Zhang H,Wang J,Wang Y Y.Nonlinear observer design of diesel engine selective catalytic reduction systems with sensor measurements[J].IEEE/ASME Trans Mechatron,2014,20(4):1585-1594.

[9]胡杰,颜伏伍,苗益坚,等.柴油机Urea-SCR系统控制模型[J].内燃机学报,2013,31(2):148-153.

[10]胡静,赵彦光,陈婷,等.重型柴油机尿素-SCR闭环控制系统的研究[J].汽车工程,2011,33(6):482-485.

[11]姜磊,葛蕴珊,丁焰,等.柴油机尿素SCR系统稳态及瞬态特性研究[J].内燃机工程,2010,31(6):38-42.

[12]刘传宝,颜伏伍,胡杰,等.柴油机SCR后处理系统控制策略[J].农业机械学报,2013,44(11):6-11.

[13]Ming F H,Wang J.An extended Kalman filter for ammonia coverage ratio and capacity estimations in the application of diesel engine SCR control and onboard diagnosis[C].2010 AACC:5874-5879.

[14]Kubinski D J,Visser J H.Sensor and method for determining the ammonia loading of a zeolite SCR catalyst[J].Sensors &Actuators B Chemical,2008,130(1):425-429.

[15]马明,彭升平,马永兵,等.基于氨存储特性修正的Urea-SCR喷射控制策略研究[J].汽车技术,2016,(9):53-56.