微波再生顆粒補集器控制系統開發

方棟華，劉大學，季永青浙江交通職業技術學院汽車學院，浙江杭州 311112

微波再生顆粒補集器控制系統開發

方棟華，劉大學，季永青
浙江交通職業技術學院汽車學院，浙江杭州 311112

基于單片技術，設計開發了一套切實可行的控制系統。系統分別采集過濾體前后的壓力，當前后壓差達到一定值時，繼電器閉合，微波發生器工作；過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繼電器斷開，微波發生器停止工作。為了避免微波發生器在高溫下受損，控制系統可實現過熱保護。

微波再生；顆粒補集；單片機；控制系統

先進的技術使柴油車降低了行駛時的振動和噪音，解決了柴油車排放黑煙等缺點。2014年，歐洲售出近700萬臺柴油車，占全球柴油車銷量的85％［1］。然而，柴油機的PM顆粒排放量卻比汽油機高出50倍之多［2］。歐盟從2011年1月起對M1類車輛實施歐Ⅴ標準，此標準將排放微粒物（PM）從0.025g/km降至0.005g/km，并要求所有新車安裝顆粒補集器（DPF）［3］。但由于微粒過濾器在使用一段時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，降低動力性［4］，一般認為柴油機排氣微粒過濾器對柴油機油耗、功率的影響不應超過3％～5％［5］。因此須定期清除顆粒補集器內的微粒沉積物。

目前，國內外對柴油機顆粒捕集器再生技術進行了大量細致的研究工作，提出了多種再生技術，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、沒有二次污染、易于控制，是目前研究較多的一種再生技術。但截至目前國內還沒有推廣使用類似產品，其中需解決的關鍵技術之一就是微波再生控制系統的開發。本文基于單片技術，提出了一種切實可行的控制系統，并且可以實現過熱保護。

1 控制系統的開發

本系統采用過濾體前后壓差進行控制，分別采集過濾體前后的壓力P1和P2、加熱腔內溫度T1，當前后壓差大于預設壓力差閾值PH時，繼電器閉合，加熱系統開始工作，過濾體兩端壓力差逐漸減小，當減小至設定值時PL系統停止加熱。加熱過程中溫度T1大于過熱保護溫度Tmax時，繼電器斷開，系統停止加熱。

1.1單片機最小系統板

最小系統由STC89C52RC單片機、晶振電路、復位電路組成。其中，晶振電路由一定頻率的晶振和兩個電容組成，為單片機工作提供穩定的時鐘信號。在本次設計中，連接單片機復位引腳RST的按鍵為復位按鍵，系統上電啟動時復位一次，當按鍵按下的時候，RST引腳會持續2微秒以上的高電平，系統再次復位，因此可通過按鍵的斷開和閉合控制單片機復位。

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USB轉串口線下載到單片機的rom中，程序的下載本質上是計算機與單片機通訊的過程，由于單片機使用的是TTL電平，而計算機使用的是RS-232電平，本系統所使用的MAX232芯片實現RS-232電平與TTL電平的轉換。

1.3AD轉換芯片

本次設計中選用MAX197BCNI模數轉換芯片，MAX197是多量程、8通道、12位高精度的A/D轉換器。它采用逐次逼近工作方式，有標準的微機接口。三態數據I/O口用做8位數據總線，數據總線的時序與絕大多數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，與單片機之間采用串行數據傳輸方式，使得連線簡單并且節省單片機的IO口。LCD12864不同的界面顯示不同的內容，處于標定界面時顯示每伏代表的壓力值和溫度值以及繼電器動作的壓力差閾值和溫度閾值。開始信號采集后，LCD處于顯示界面，實時顯示已經按照標定值換算后的壓力P1、壓力P2、溫度T1以及壓差

1.5控制部分

在整個測控系統中有加熱設備，為此選用了SONGLE繼電器，來控制加熱設備的工作。在本次設計中，信號觸發端接單片機P3.4口。當信號觸發端為低電平時，公共端與常開端會接通，電源與設備形成通路，設備工作。

1.6設置按鈕

通過IO端口外接十個按鈕，如圖1所示，按鈕S1、S2控制著壓力標定值加減，按鈕S3、S4控制著溫度標定值的加減；按鈕S5控制著標定頁面的顯示；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定；按鈕S9、S10控制著壓力閾值的標定。標定的初始值和增減幅度均由程序決定。

圖1　系統實物圖

2 結論

基于單片技術開發了微波再生補集器控制系統，采集過濾體前后的壓力、壓力，當前后壓差達到一定值時，繼電器閉合，微波發生器工作；顆粒物加熱燃燒后壓力差減小，當壓差將至一定值時繼電器斷開，微波發生器停止工作。為避免微波發生器在高溫下受損，控制系統可實現過熱保護。

本系統的開發為微波再生顆粒補集器的研究和開發提供了一定的技術參考，為微波再生顆粒補集器的市場化推廣應用提供了技術支持。

［1］鄧琦琪.柴油車在歐洲和中國命運大不同背后原因是什么［EB/OL］.中國汽車報網，http://www.cnautonews.com/ pl/sp/201510/t20151016_427293.htm.

［2］馬林才，劉穎.有機金屬化合物降低柴油機炭煙排放及其機理的研究［J］.燃料化學學報，2006，34（2）：230-233.

［3］2011年1月起歐盟提高發動機排放標準.機械工業標準化與質量，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.柴油發動機排氣微粒過濾器微波再生凈化理論分析［J］. 四川大學學報：工程科學版，2007，39（3）：170-174.

［6］許曉光.基于紅外加熱再生的柴油機排氣微粒后處理技術的研究［D］.大連：大連理工大學，2002，4.

［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.

［8］Ohno K.， Taoka N.， Ninomiya T.， et al. Sic diesel particulate filter application to electric heater system［J］. SAE Paper 1999-01-0464.

［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，浙江交通職業技術學院，研究方向為柴油機尾氣凈化處理及生物燃料在內燃機上的應用。劉大學，浙江交通職業技術學院汽車學院。季永青，浙江交通職業技術學院汽車學院。