微波再生顆粒補(bǔ)集器控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

方棟華，劉大學(xué)，季永青浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院，浙江杭州 311112

微波再生顆粒補(bǔ)集器控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

方棟華，劉大學(xué)，季永青
浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院，浙江杭州 311112

基于單片技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套切實(shí)可行的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分別采集過(guò)濾體前后的壓力，當(dāng)前后壓差達(dá)到一定值時(shí)，繼電器閉合，微波發(fā)生器工作；過(guò)濾體的顆粒物在微波作用下加熱燃燒，后壓差減小至一定值時(shí)繼電器斷開(kāi)，微波發(fā)生器停止工作。為了避免微波發(fā)生器在高溫下受損，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。

微波再生；顆粒補(bǔ)集；單片機(jī)；控制系統(tǒng)

先進(jìn)的技術(shù)使柴油車(chē)降低了行駛時(shí)的振動(dòng)和噪音，解決了柴油車(chē)排放黑煙等缺點(diǎn)。2014年，歐洲售出近700萬(wàn)臺(tái)柴油車(chē)，占全球柴油車(chē)銷(xiāo)量的85％［1］。然而，柴油機(jī)的PM顆粒排放量卻比汽油機(jī)高出50倍之多［2］。歐盟從2011年1月起對(duì)M1類(lèi)車(chē)輛實(shí)施歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)將排放微粒物（PM）從0.025g/km降至0.005g/km，并要求所有新車(chē)安裝顆粒補(bǔ)集器（DPF）［3］。但由于微粒過(guò)濾器在使用一段時(shí)間后容易被捕集到的微粒堵塞，致使排氣背壓上升，消耗燃料，降低動(dòng)力性［4］，一般認(rèn)為柴油機(jī)排氣微粒過(guò)濾器對(duì)柴油機(jī)油耗、功率的影響不應(yīng)超過(guò)3％～5％［5］。因此須定期清除顆粒補(bǔ)集器內(nèi)的微粒沉積物。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)柴油機(jī)顆粒捕集器再生技術(shù)進(jìn)行了大量細(xì)致的研究工作，提出了多種再生技術(shù)，如紅外輻射加熱再生［6］、噴油助燃再生［7］、電加熱再生［8］、微波再生［9］等。其中，微波再生效率高、沒(méi)有二次污染、易于控制，是目前研究較多的一種再生技術(shù)。但截至目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有推廣使用類(lèi)似產(chǎn)品，其中需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一就是微波再生控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。本文基于單片技術(shù)，提出了一種切實(shí)可行的控制系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。

1 控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)采用過(guò)濾體前后壓差進(jìn)行控制，分別采集過(guò)濾體前后的壓力P1和P2、加熱腔內(nèi)溫度T1，當(dāng)前后壓差大于預(yù)設(shè)壓力差閾值PH時(shí)，繼電器閉合，加熱系統(tǒng)開(kāi)始工作，過(guò)濾體兩端壓力差逐漸減小，當(dāng)減小至設(shè)定值時(shí)PL系統(tǒng)停止加熱。加熱過(guò)程中溫度T1大于過(guò)熱保護(hù)溫度Tmax時(shí)，繼電器斷開(kāi)，系統(tǒng)停止加熱。

1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)板

最小系統(tǒng)由STC89C52RC單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成。其中，晶振電路由一定頻率的晶振和兩個(gè)電容組成，為單片機(jī)工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。在本次設(shè)計(jì)中，連接單片機(jī)復(fù)位引腳RST的按鍵為復(fù)位按鍵，系統(tǒng)上電啟動(dòng)時(shí)復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，RST引腳會(huì)持續(xù)2微秒以上的高電平，系統(tǒng)再次復(fù)位，因此可通過(guò)按鍵的斷開(kāi)和閉合控制單片機(jī)復(fù)位。

1.2下載電路

下載電路主要是由MAX232和DB9接口組成，用于程序的下載。程序通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口線下載到單片機(jī)的rom中，程序的下載本質(zhì)上是計(jì)算機(jī)與單片機(jī)通訊的過(guò)程，由于單片機(jī)使用的是TTL電平，而計(jì)算機(jī)使用的是RS-232電平，本系統(tǒng)所使用的MAX232芯片實(shí)現(xiàn)RS-232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換。

1.3AD轉(zhuǎn)換芯片

本次設(shè)計(jì)中選用MAX197BCNI模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，MAX197是多量程、8通道、12位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式，有標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)接口。三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口用做8位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的時(shí)序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/ CMOS電平兼容。

1.4顯示部分

顯示部分選用的是液晶屏LCD12864，與單片機(jī)之間采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，使得連線簡(jiǎn)單并且節(jié)省單片機(jī)的IO口。LCD12864不同的界面顯示不同的內(nèi)容，處于標(biāo)定界面時(shí)顯示每伏代表的壓力值和溫度值以及繼電器動(dòng)作的壓力差閾值和溫度閾值。開(kāi)始信號(hào)采集后，LCD處于顯示界面，實(shí)時(shí)顯示已經(jīng)按照標(biāo)定值換算后的壓力P1、壓力P2、溫度T1以及壓差

1.5控制部分

在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中有加熱設(shè)備，為此選用了SONGLE繼電器，來(lái)控制加熱設(shè)備的工作。在本次設(shè)計(jì)中，信號(hào)觸發(fā)端接單片機(jī)P3.4口。當(dāng)信號(hào)觸發(fā)端為低電平時(shí)，公共端與常開(kāi)端會(huì)接通，電源與設(shè)備形成通路，設(shè)備工作。

1.6設(shè)置按鈕

通過(guò)IO端口外接十個(gè)按鈕，如圖1所示，按鈕S1、S2控制著壓力標(biāo)定值加減，按鈕S3、S4控制著溫度標(biāo)定值的加減；按鈕S5控制著標(biāo)定頁(yè)面的顯示；按鈕S6控制著采集及顯示界面；按鈕S7、S8控制著溫度閾值的標(biāo)定；按鈕S9、S10控制著壓力閾值的標(biāo)定。標(biāo)定的初始值和增減幅度均由程序決定。

圖1　系統(tǒng)實(shí)物圖

2 結(jié)論

基于單片技術(shù)開(kāi)發(fā)了微波再生補(bǔ)集器控制系統(tǒng)，采集過(guò)濾體前后的壓力、壓力，當(dāng)前后壓差達(dá)到一定值時(shí)，繼電器閉合，微波發(fā)生器工作；顆粒物加熱燃燒后壓力差減小，當(dāng)壓差將至一定值時(shí)繼電器斷開(kāi)，微波發(fā)生器停止工作。為避免微波發(fā)生器在高溫下受損，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為微波再生顆粒補(bǔ)集器的研究和開(kāi)發(fā)提供了一定的技術(shù)參考，為微波再生顆粒補(bǔ)集器的市場(chǎng)化推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

［1］鄧琦琪.柴油車(chē)在歐洲和中國(guó)命運(yùn)大不同背后原因是什么［EB/OL］.中國(guó)汽車(chē)報(bào)網(wǎng)，http://www.cnautonews.com/ pl/sp/201510/t20151016_427293.htm.

［2］馬林才，劉穎.有機(jī)金屬化合物降低柴油機(jī)炭煙排放及其機(jī)理的研究［J］.燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34（2）：230-233.

［3］2011年1月起歐盟提高發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn).機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011（2）：6.

［4］Benajes J， Lujan J， Bermudez V. Modelling of turbochargeddiesel engines in transient operation part 2: insight into therelevant physical phenomena［J］. Journal ofAutomobile Engineering: PreInstnMechEngrs，2002（3）：431-441.

［5］李軍，秦大同，湯文生，等.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣微粒過(guò)濾器微波再生凈化理論分析［J］. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)：工程科學(xué)版，2007，39（3）：170-174.

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［7］Zelenka P.， Telford C.， Pye D.， et al. Development of a full-flow burner DPF system for heavy-duty diesel engines［J］. SAE Paper 2002-01-2787.

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［9］Garner C.P， Dent J.C. Microwave assisted regeneration of diesel particulate traps［J］.SAE Paper 890174.

TK422

A

1674-6708（2016）170-0086-01

方棟華，助教，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)尾氣凈化處理及生物燃料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用。劉大學(xué)，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院。季永青，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院。