柴油机Urea-SCR催化器储氨模型的建立与应用研究

摘要

随着柴油机的普及应用，柴油机的排放污染物对环境造成的影响不容忽略。尿素选择性催化还原（Urea-SCR）技术作为柴油发动机后处理技术的一种，能够有效降低柴油机排放污染物中的NOx。Urea-SCR技术的核心是尿素喷射控制策略，既要满足对于NOx转化效率的要求，又要将氨泄漏控制在一定范围内。本文主要建立了Urea-SCR系统催化器的储氨模型并进行了应用研究，具体工作如下：
　　首先，定义与储氨模型相关的动态参数，分析这些动态参数的控制意义与变化规律。通过台架试验获得的试验数据，分析发动机转速、扭矩以及尿素喷射量对动态参数的影响，为制定合理的尿素喷射控制策略提供依据。
　　其次，分析SCR催化器中发生的主要化学反应以及反应速率，考虑氨的吸附/脱附反应、NOx的氧化还原反应以及氨的氧化反应建立基于SCR反应机理的储氨模型。提出一种基于催化器下游NOx浓度变化规律的方法计算催化器表面吸附的储氨量。并且与质量守恒法进行比较，基于催化器下游NOx浓度变化规律方法排除了尿素溶液分解不完全与排气中HC和NOx发生氧化还原反应对于计算结果的影响，确定基于催化器下游NOx浓度变化规律方法计算得到的储氨量更加接近真实值，采用基于催化器下游NOx浓度变化规律方法计算各工况下储氨量，为进行参数辨识提供依据。
　　再次，通过台架试验获得各工况下的排气质量流量、排气温度、排气中各组分浓度等数据，采用遗传算法对储氨模型中的参数进行辨识。将试验数据与仿真结果进行对比，结果表明储氨模型能够准确预测催化器氨覆盖度的数值与变化趋势。
　　最后，结合动态参数确定储氨模型的控制目标，将氨覆盖度控制在0.6-0.8的范围内。基于储氨模型提出稳态工况下的尿素喷射控制策略改善发动机排放。采用PID控制，最终将氨覆盖度控制在0.7左右。进一步对温度修正，提出基于储氨模型的过渡工况下的尿素喷射控制策略。
　　本文对Urea-SCR催化器的储氨模型进行建立与应用，对尿素喷射控制策略的研究具有重要意义，同时为Urea-SCR系统闭环控制策略奠定基础。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与研究方法

第2章 Urea-SCR系统工作原理

2.1 Urea-SCR系统结构

2.2 Urea-SCR系统控制目标

2.3 Urea-SCR反应机理研究

2.4 Urea-SCR化学反应过程

2.5 本章小结

第3章 储氨模型动态参数分析及其影响因素

3.1 储氨模型动态参数变化规律的研究

3.2 储氨模型动态参数的影响因素

3.3 本章小结

第4章 储氨模型的建立与参数辨识

4.1 储氨模型的建立

4.2 真实储氨量的获得

4.3 储氨模型参数辨识

4.4 本章小结

第5章 储氨模型的应用

5.1 储氨模型控制目标

5.2 稳态工况尿素喷射控制策略

5.3 过渡工况尿素喷射控制策略

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文