柴油機(jī)選擇性催化還原系統(tǒng)可變阻容特性研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增加，機(jī)動(dòng)車帶來的污染問題也越來越突出。在機(jī)動(dòng)車持續(xù)增長(zhǎng)和能源緊缺的形勢(shì)下，發(fā)展和完善柴油機(jī)NOX控制技術(shù)對(duì)減少我國(guó)NOX排放具有十分重要的意義。Urea-SCR技術(shù)被認(rèn)為是目前最有效的柴油機(jī)NOX控制技術(shù)。然而，由于SCR系統(tǒng)催化器出口NOX濃度隨添藍(lán)流量的變化規(guī)律具有阻容模型的特征，導(dǎo)致擬降低的NOX和可用的NH3難以實(shí)時(shí)地維持等摩爾的關(guān)系，NOX轉(zhuǎn)化效率受到抑制。柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中工況復(fù)雜，添藍(lán)流量頻繁變化，

2、易造成NOX排放偏高、NH3泄漏，并伴隨著大量沉積物生成，加劇了大氣質(zhì)量的惡化。為進(jìn)一步提高NOX轉(zhuǎn)化效率并防止二次污染形成，本文通過仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)Urea-SCR系統(tǒng)阻容特性的影響因素、描述及應(yīng)用方法展開研究，最終得到了一種基于模型的控制策略。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　（1）本文首先基于系統(tǒng)級(jí)SCR催化劑模型，從催化劑微孔結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，確定了影響SCR系統(tǒng)NOX轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素。而后，本文對(duì)SCR

3、系統(tǒng)的阻容特性進(jìn)行描述，給出了“帶時(shí)滯環(huán)節(jié)的多元可變阻容模型”時(shí)間常數(shù)和比例常數(shù)的求解方式。最后，本文使用三款不同催化劑進(jìn)行ESC和ETC循環(huán)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果與阻容模型的仿真結(jié)果對(duì)比可知，該模型可以準(zhǔn)確描述Urea-SCR系統(tǒng)的阻容特性。該模型作為可嵌入式模型，可用于實(shí)時(shí)指導(dǎo)添藍(lán)噴射量，在降低NOX的同時(shí)減少二次污染的產(chǎn)生。同時(shí)，該模型作為可嵌入式模型，可用于實(shí)時(shí)指導(dǎo)添藍(lán)噴射量，在降低NOX的同時(shí)減少NH3泄漏的產(chǎn)生。
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4、）隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)柴油機(jī)NOX排放要求越來越嚴(yán)格，優(yōu)化添藍(lán)控制策略以進(jìn)一步提高 SCR系統(tǒng) NOX轉(zhuǎn)化效率并防止 NH3泄漏的產(chǎn)生始終是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。對(duì)催化劑儲(chǔ)氨量的精確控制是SCR控制系統(tǒng)的核心，也是進(jìn)一步提高SCR系統(tǒng)NOX轉(zhuǎn)化效率的方向。因此，本文通過臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)全尺寸催化劑的儲(chǔ)氨特性進(jìn)行研究，并通過非線性儲(chǔ)氨模型對(duì)催化劑儲(chǔ)氨特性進(jìn)行描述。而后，本文提出了基于儲(chǔ)氨模型的模糊儲(chǔ)氨量控制方法，ETC瞬態(tài)循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可在保證

5、高NOX轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)降低NH3的泄漏量。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)SCR系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中由于一致性所帶來的影響，提高SCR系統(tǒng)的魯棒性，本文提出了基于“帶時(shí)滯環(huán)節(jié)的多元可變阻容模型”的閉環(huán)控制策略，實(shí)車路試試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的閉環(huán)控制策略在實(shí)際運(yùn)行中工作穩(wěn)定，顯著提高了SCR系統(tǒng)的魯棒性。
　?。?）除了NOX和NH3排放，沉積物生成量同樣是衡量控制策略優(yōu)劣的重要指標(biāo)。因此，本文從Urea-SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)、沉積物的生成機(jī)理和基于沉

6、積物生成模型的添藍(lán)流量修正策略三個(gè)方面對(duì)Urea-SCR系統(tǒng)沉積物的問題進(jìn)行研究。首先，本文建立了部件級(jí)的Urea-SCR系統(tǒng)物理結(jié)晶模型，由臺(tái)架結(jié)晶試驗(yàn)和模型仿真結(jié)果的對(duì)比可知，使用該模型可以準(zhǔn)確描述添藍(lán)噴射、霧化、蒸發(fā)、分解以及壁膜的生長(zhǎng)過程，并可定性預(yù)估固體尿素沉積物的生成位置。將本文建立的物理結(jié)晶模型應(yīng)用于Urea-SCR系統(tǒng)開發(fā)階段可為管路及混合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，以減少系統(tǒng)的沉積物生成量。同時(shí)，本文建立了系統(tǒng)級(jí)的沉積物生成

7、機(jī)理模型，由熱重試驗(yàn)和模型仿真結(jié)果的對(duì)比可知，使用該模型可以準(zhǔn)確描述尿素、氰尿酸（CYA）、縮二脲（Biuret）和氰尿酰胺（Ammelide）的生成和分解過程。基于該模型，本文得到了不同邊界下的殘余比例、沉積率和沉積物組分，為Urea-SCR系統(tǒng)沉積物的控制提供了理論支持。此外，本文建立了一種可嵌入式沉積物生成模型，并提出了基于該模型的添藍(lán)修正策略。實(shí)車路試試驗(yàn)的結(jié)果表明，使用該策略后Urea-SCR系統(tǒng)沉積物的生成量降低54％。因此