SCR系统构成和控制策略综述

SCR系统构成和控制策略综述 2007 2 9 1 SCR系统构成和控制策略综述 1 SCR背景 2 SCR系统构型 3 SCR系统的建模研究综述 4 SCR系统的控制策略综述 5 未来发展方向 2 SCR系统构成和控制策略综述 1 SCR背景 2 SCR系统构型 3 SCR系统的建模研究综述 4 SCR系统的控制策略综述 5 未来发展方向 3 SCR背景 空气污染严重汽车产量增长迅速 欧4排放法规势在必行 重型柴油机的欧4排放技术 4 重型柴油机欧4技术路线 两条技术路线对比 SCR是实现欧4排放的最佳技术路线 5 SCR系统构成和控制策略综述 1 SCR背景 2 SCR系统构型 3 SCR系统的建模研究综述 4 SCR系统的控制策略综述 5 未来发展方向 6 SCR系统构型 SCR催化器 后氧化催化器 前氧化催化器 空气供给装置 AdBlue供给装置 SCR控制单元 7 SCR催化器 32 5 尿素溶液Ad Blue 氨气 化学反应 慢反应1x 快反应10 x 副反应 8 周边供给系统 周边供给系统添蓝 Ad Blue 供给系统辅助空气供给系统 非必须 雾化效果热损害防护积炭 功耗系统构型复杂噪声电磁干扰 9 前氧化催化器 前氧化催化器氧化催化器放置于SCR催化器前 作为发动机尾气的预处理装置 将调整到合适的工作范围 后氧化催化器后氧化催化剂一般用于消除泄漏出的氨气 10 国内外运用实例 1 FordFEV Ford公司和FEV公司合作开发的SCR系统针对轻型卡车开发 使用的燃油含硫量为15ppm 可以达到90 的NOx转化率 尿素喷嘴安装在迎着尾气气流的方向 同时系统中有预加热装置来适应冷启动的尾气处理 11 Ford公司和FEV公司合作开发的SCR系统其主要亮点还在于简化后的辅助空气系统 国内外运用实例 1 FordFEV 原有系统 简化系统 12 国内外运用实例 2 BOSCH Denoxtronic空气辅助供气系统 单独ECU控制 13 SCR系统构成和控制策略综述 1 SCR背景 2 SCR系统构型 3 SCR系统的建模研究综述 4 SCR系统的控制策略综述 5 未来发展方向 14 基于化学动力学的SCR物理模型 SCR在低温状态下的化学机理 快速SCR反应 15 基于化学动力学的SCR物理模型 NH3吸附和分离反应 NH3氧化反应 NH3的吸附和分离速率 NH3氧化速率 16 基于化学动力学的SCR物理模型 标准SCR反应 标准SCR反应速率 NO2水解反应 NO2的水解率 17 基于化学动力学的SCR物理模型 HONO与NH3反应 NH3与HNO3的合成与分解 HNO3和NH3的反应速率 NH4NO3水解速率 HNO3与NO反应 HNO3和NO的反应速率 18 基于化学动力学的SCR物理模型 NO2的SCR反应速率 N2O形成 NO2的SCR反应 N2O反应速率 19 基于控制策略研究的性能仿真模型 Adblue的水解和水合反应NH3的吸附和分离反应慢速和快速的NO和NO2转化反应催化器的温度变化NH3在高温下的氧化反应 20 基于控制策略研究的性能仿真模型 模型基本假设 1 NH2 2CO分解为NH3的速率是尾气温度的函数 2 NOx只包含NO NO2两种物质 NO2 NOx比率 进入SCR的NOx浓度 由MAP图来决定 Adblue存储罐的刻度传感器信号由Adblue流量来计算 21 基于控制策略研究的性能仿真模型 SCR中还原反应只考虑两个主要物质NO NO2的还原反应 NO NO2的反应速度由化学动力学来计算 或者进一步简化为 NH3的浓度由Adblue流量和SCR温度来决定 NH3的反应速率是NO NO2反应速率的函数 不考虑NH3在高温下与氧气发生的氧化反应 22 基于控制策略研究的性能仿真模型 输入变量 输出变量 参数 23 SCR系统构成和控制策略综述 1 SCR背景 2 SCR系统构型 3 SCR系统的建模研究综述 4 SCR系统的控制策略综述 5 未来发展方向 24 SCR控制策略 基本控制目标减少NOx排放50 氨气泄露控制在10ppm以下可控对象尿素供给量控制辅助空气供给量控制控制方式选择闭环 随机误差自动补偿开环 需添加前馈控制环节 25 尿素供给量控制 MAP图查询最佳供给系数 C M Sch r 26 空气供给压力控制 主要控制量辅助空气供给压力辅助空气供给定时系统工作模式连续模式断续模式 27 瞬态工况控制策略 1 小容量SCR系统 BOSCH 稳态工作模型配合简单动态修正小容量的SCR催化器内尿素积聚效应对于催化还原的效果影响小 还原转化率的主要影响因素在于SCR催化器的稳态温度和实际温度 28 瞬态工况控制策略 2 大容量SCR系统 BOSCH 对于大容量的SCR催化器 需要考虑实际的催化器内温度 该温度对催化器的尿素储存能力以及NOx的转化效率起到至关重要的影响氨气泄露控制核心部分 催化器内部尿素积累预估模型 29 NOx反馈控制策略 1 闭环反馈消除随机误差1 NOx排放量预估误差 2 实际尿素注入量误差 3 SCR催化器老化引起的误差 4 AdBlue浓度的误差等 NOx传感器特性无法分辨NOx和NH3的成分比为实际尿素供给量和最佳供给量之比 30 NOx反馈控制策略 2 NOx传感器特性研究稀薄区富裕区阈值分析 C M Sch r 选择阈值判定稀薄区及富裕区稀薄区 传感器值为NO富裕区 传感器值为NH3 合适阈值过早进入富裕区无法区分稀薄或富裕 选择合适的阈值 31 氨气泄露控制策略 1 基于模型的尿素残余量预测采用的SCR催化器的模型 C M Sch r 模型计算出催化器内部温度和NH3的表面覆盖度 最大表面覆盖度由查表得出 经过转换可以得到所需要修正的尿素供给量 从而干预之前计算出的预计供应的尿素量 32 氨气泄露控制策略 基于查表的传统前馈方法 BOSCH控制策略 查MAP方式标定工作重 33 其他影响因素 发动机温度SCR系统工作时间添蓝 Ad Blue 露点温度 34 SCR系统构成和控制策略综述 1 SCR背景 2 SCR系统构型 3 SCR系统的建模研究综述 4 SCR系统的控制