SCR系统构成和控制策略综述.ppt

1、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.

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,Ad Blue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。

3、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）- Ford FEV,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）- Ford FEV,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.

4、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

5、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

6、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

7、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.Schr）,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

8、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. Ad Blue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.Schr） 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

9、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.Schr)，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