柴油机尿素选择性催化还原系...NO_x转化率优化方法研究_杨璐.pdf

第 44卷 第 3期2023年 6月Vol.44 No.3June 2023内燃机工程Chinese Internal Combustion Engine Engineering柴油机尿素选择性催化还原系统虚拟标定及NOx转化率优化方法研究杨璐1，王贵勇1，王煜华1，何述超2（1.昆明理工大学 云南省内燃机重点实验室，昆明 650500；2.昆明云内动力股份有限公司，昆明 650500）Research on Virtual Calibration of Urea-Selective Catalyst Reduction System and Optimization Method of NOx Conversion Rate of A Diesel EngineYANG Lu1，WANG Guiyong1，WANG Yuhua1，HE Shuchao2（1.Yunnan Key Laboratory of Internal Combustion Engine，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China；2.Kunming Yunnei Power Co.，Ltd.，Kunming 650500，China）Abstract：Based on the virtual calibration method using the joint simulation of the physical model of the urea-selective catalyst reduction（SCR）system and the urea injection quantity control model，the target NOx conversion rate map was obtained.The multi-objective genetic algorithm was used to optimize the urea-SCR system，NOx conversion and NH3 leakage value，and the target value of the optimal urea injection volume was obtained from urea-SCR system.The effects of the original exhaust parameters and the optimization results on the NOx conversion were analyzed.The simulation results show that the optimized urea injection amount can achieve higher NOx conversion rate，and the NOx conversion rate is increased by 35%around on average under the condition of exhaust temperature of 200300 ，which conforms to the China emission standard for NH3 leakage limits.摘要：基于尿素选择性催化还原系统物理模型与尿素喷射量控制模型联合仿真的虚拟标定方法，获得了目标 NOx转化率脉谱；采用多目标遗传算法对尿素选择性催化还原系统进行优化，得到最优尿素喷射量目标值，同时优化了 NOx转化率和 NH3泄漏值。分析了原排参数及优化结果对 NOx转化率的影响。仿真结果表明，采用优化后的尿素喷射量可实现较高的NOx转化率，在排温 200300 的条件下 NOx转化率平均提高 35%左右，同时满足国六排放法规对 NH3泄漏限值的要求。关键词：柴油机；选择性催化还原；NOx；虚拟标定；遗传算法Key words：diesel engine；selective catalytic reduction（SCR）；NOx；virtual calibration；genetic algorithmDOI：10.13949/ki.nrjgc.2023.03.008中图分类号：TK421文章编号：1000-0925（2023）03-0063-09440034收稿日期：2022-11-10修回日期：2022-12-23基金项目：云南省科技厅揭榜制项目（202104BN050007）；云南省科技计划项目（202102AC080004）Foundation Item：Science and Technology Department Unveiling Project of Yunnan Province（202104BN050007）；Science and Technology Project of Yunnan Province（202102AC080004）作者简介：杨璐（1996），女，硕士生，主要研究方向为柴油机虚拟标定技术，E-mail：；王贵勇（通信作者），E-mail：。2023年第 3期内燃机工程0概述据国家生态环境部的相关数据统计，2020 年中国柴油车 NOx排放量为 544.9 万t，占汽车污染物排放总量的 88%以上1。自 2015 年中国全面实施柴油车国六标准以来，后处理技术已经成为柴油车尾气 污 染 控 制 的 必 备 技 术2。选 择 性 催 化 还 原（selective catalyst reduction，SCR）技术是目前降低柴油机 NOx排放量的主流技术3。其中，尿素 SCR技术因其有较高的 NOx转化率且还原剂（尿素溶液）易于携带等优势备受关注。目前，尿素 SCR 系统的研究重点主要在于精准控制尿素喷射量和预测储氨量，以在法规要求的NH3泄漏量限值内实现最高的 NOx转化率。以往的研究发现，尿素喷射不足会导致 NOx排放超标；而尿素喷射过量则会增加尿素消耗量和 NH3泄漏4。研究者们通过改变尿素喷射方式5及开发新的尿素喷射控制策略6来改善 NOx转化率，获得一定成效。由于 SCR 催化器储氨量无法测量，而 NOx排放和NH3泄漏与 SCR 催化器的氨储量直接相关7，文献8 中基于对催化器下游 NOx变化规律的研究，提出变化规律法应对储氨量计算的问题。尿素量和储氨量的控制是尿素 SCR 系统控制策略设计的核心。前期控制策略的设计与尿素喷射量及储氨量的脉谱数据密切相关，这些脉谱数据的标定是影响整个系统 NOx净化效率的关键因素。文献 3，910 中基于发动机台架开展尿素 SCR 系统的标定工作。基于台架的标定对于人力、物力的消耗及局部区域的污染是极大的，尤其是尿素 SCR 系统的标定需要消耗大量的尿素溶液。虚拟标定技术被广泛应用于柴油机参数优化标定，并被证明可有效 缩 短 产 品 研 发 周 期 及 降 低 发 动 机 台 架 试 验 成本1112。以往尿素 SCR 系统标定的相关研究中极少有尿素 SCR 系统虚拟标定的研究。基于以上原因，搭建了有效的虚拟标定平台对尿素 SCR 系统进行标定研究，并运用非支配排序遗传算法（non-dominated sorting in genetic algorithm，NSGA-）获得了最优的尿素喷射量目标值。基于SCR 虚拟标定及 NSGA-的参数优化算法有助于缩短 SCR 控制器的开发周期，减少燃油和尿素的消耗，提高台架标定的效率。1尿素 SCR 系统组成与化学动力学原理分析充分了解研究对象并建立合适的物理模型是进行虚拟标定研究的关键。对于尿素 SCR 系统建模，最重要的是掌握催化器内部化学反应机理，并建立化学反应动力学模型；基于催化器内部化学反应机理选取满足研究条件的化学动力学模型表达式，尽可能地还原实际 NOx净化过程。1.1系统组成尿素 SCR 系统主要由尿素溶液供给系统、SCR催化器、相关传感器及尿素喷射器组成，尿素溶液供给系统包括尿素箱、尿素泵、尿素供给管路，传感器包括温度传感器、NOx传感器、尿素箱液位传感器等，如图 1 所示。系统工作流程为：当柴油机运行达到尿素溶液起喷工况时，尿素 SCR 系统控制器通过尿素溶液供给系统驱动喷射器向 SCR 催化器前端喷入适量的尿素水溶液，在 SCR 催化器中经过一系列的化学反应将 NOx转化为 N2和 H2O。1.2工作原理尿素溶液通过喷射器进入高温排气中，经过雾化、蒸 发、热 解 和 水 解，最 终 为 反 应 提 供 还 原 剂NH313。NH3与 NOx在催化剂内部发生反应，催化剂活性受催化器床温限制，一般认为催化剂活性温度窗口在 200550 范围内14。1.2.1SCR 催化器内部化学反应机理分析NH3与 NOx在 SCR 催化器内部的催化还原反应采用 Eley-Rideal 机理15，吸附态的 NH3在活性位上等待与 NOx发生反应，与此同时也会有部分 NH3*从活性位脱附，催化剂的活性位点用 S 表示。吸附和脱附反应分别用式（1）、式（2）表示。S+NH3NH3*（1）NH3*S+NH3（2）吸附态的 NH3与 NOx发生还原反应，生成 N2和 H2O，反应式见式（3）式（5）。4NH3*+4NO+O24N2+6H2O（3）2NH3*+NO+NO22N2+3H2O（4）8NH3*+6NO27N2+12H2O（5）图 1尿素 SCR系统示意图 64内燃机工程2023年第 3期后处理系统通常采用 SCR 前置氧化催化器（diesel oxidation catalyst，DOC）和柴油机颗粒物捕集器（diesel particulate filter，DPF）共同抑制气态污染物排放，这对最终在 SCR 催化剂内参与还原反应的 NO2比例有很大影响。在模型中考虑式（6）的反应发生情况，增加快速反应发生的机会，提高催化剂低温活性。NO+0.5O2 NO2（6）吸附态的 NH3会与 O2发生氧化反应或与 NO2反应生成不被期望的产物 N2O，因此在模型中还需考虑式（7）、式（8）的反应发生情况。4NH3*+3O22N2+6H2O（7）2NH3*+2NO2N2+N2O+3H2O（8）基于 AVL/CRUISE M 搭建的尿素 SCR 催化器模型如图 2 所示，主要包括 1 个尿素喷射器和 1个 SCR 催化器模型，暂不考虑尿素罐、尿素泵等供给系统及传感器模型的建立。通过数据关系（data bus connections）输入尿素喷射量控制模型所需的信息，通过在尿素 SCR 模型中嵌入利用 Simulink 搭建的尿素喷射量控制模型，将实时运算的尿素喷射量通过数据连接传输到尿素喷射器模型。图中主要模块的数据关系如下：模块 1 为原排质量流量、NOx体积分数等参数输出到尿素喷射量控制模块；模块 2为尿素喷射量控制模块，向尿素喷射器输出最终尿素喷射量值；模块 3 实时监测尿素喷射量；模块 4 实时监测 SCR 催化器下游 NOx和 NH3体积分数；模块 5 向尿素喷射量控制模块输出下游 NOx和 NH3体积分数。催化器模块内部一共有 11 种化学反应模型。为简化模型并减少计算时间，选取了式（1）式（8）中的 8 种反应开展研究。1.2.2化学反应动力学建模理论基于 Eley-Rideal 机理建立催化器内部化学反应动力学模型的方法被广泛采用，且仿真与试验数据的一致性已被证实。按照 Eley-Rideal 机理，催化器内部有式（1）式（8）8 个代表相关动力学的主要化学反应模型1517，其化学反应速率r1r2的表达式依次见式（9）式（16）。r1=k1exp()-E1RuTwCNH3(1-)（9）r2=k2exp()-E2()1-RuTw（10）r3=k3exp()-E3RuTwCNOCO2（11）r4=k4exp()-E4RuTwCNOCNO2（12）r5=k5exp()-E5RuTwCNO2（13）r6=k6exp()-E6RuTw()CNO2C0.5O2-CNO2KC（14）r7=k7exp()-E7RuTwCO2（15）r8=k8exp()-E8RuTwCNO2（16）式中，rn为反应速率，kmol/（m2s），其中 n=1，2，8；kn为反应频率因子；En为反应活化能，kJ/kmol；Ru为通用气体常数，8.314 J/（mol K）；Tw为催化器温度，K；Cm为气体物质的量浓度，kmol/m3，其中 m 代表反应物，如 NO、NO2、O2等；为氨覆盖率；为氨脱附的活化能斜率；为O2的反应级数；KC为基于浓度的平衡常数，m0.5/kmol。1.3影响 NOx转化率的参数及定义在尿素 SCR 系统中影响 NOx转化率的参数主要有 SCR 催化器入口的温度、废气质量流量、NOx体积分数及出口的 NOx和 NH3体积分数等。NOx转化率与 NH3泄漏量之间多数条件下存在此消彼长（trade-off）的关系，且吸附在催化剂内部的 NH3并不会完全与 NOx反应，在进行 NOx转化率标定时需注意催化器出口的 NH3体积分数的变化。NOx转化率的具体定义式见式（17）。NOx=C1NOx-C2NOxC1NOx 100%（17）式中，NOx为 NOx转化率，%；C1NOx和C2NOx分别为催化器入口和出口的 NOx体积分数，10-6。2搭建虚拟标定平台随着排放和车载诊断法规的收紧，对系统的要图 2尿素 SCR模型示意图 652023年第 3期内燃机工程求不断变化，在此影响下模型研究可以在系统设计和控制中起主导作用15。国内外许多学者通过物理建模的方式对不同 SCR 系统性能及控制策略的应用进行研究，证明了基于物理模型的控制策略研究可以减少标定的工作量18。虚拟标定可以为控制策略的制定提供便利条件，有利于缩短柴油机排放参数标定的周期。2.1尿素 SCR 模型尿素 SCR 模型如图 2 所示。需要说明的是，图 2中的尿素喷射量控制模型是一个简化的计算模型，假设将尿素 SCR 系统直接置于发动机原排后，用原排参数作为输入进行相关计算，并且仅考虑对 NOx的转化问题。而实际中尿素 SCR 系统受前置的 DOC 和DPF 的影响，实际尿素喷射量的输出需要综合考虑更多因素，如 NO2与 NOx比例和 DPF 再生等情况。2.2尿素喷射量控制模型尿素喷射量的控制根据不同的控制需求可以采用开环或闭环控制策略。开环控制策略一般基于发动机原机排放，结合法规中对 NOx体积分数和 NH3泄漏量的限值，通过对温度、压力等参数值的修正，以某个参数为最终控制目标，通过查表或模型计算的方式生成尿素喷射量脉谱，实现静态的前馈控制6。闭环控制策略则需要通过读取尿素 SCR 系统中 NOx传感器的反馈信息来实现。尿素喷射量控制模型以能够根据边界条件所设置的排气流量、温度和原排 NOx浓度等参数计算所需的尿素喷射量为基本设计思路，再结合尿素 SCR 模型反馈的 NOx和NH3体积分数数据实现闭环控制。闭环控制策略主要包括尿素基本喷射量计算、稳态修正、动态加量和氨泄漏判断模型，如图 3 所示。通过尿素基本喷射计算可以得到基本尿素需求量，但柴油机实际运行工况复杂多变，处于稳态工况时也会产生一定的波动。因此根据 NOx转化率的标定需求，在求得基本尿素需求量的基础上进行稳态修正、尿素动态加量和氨泄漏判断，得到最终尿素输出量。尿素的基本需求量通过式（18）19计算。M=3.184fNOxm 10-3（18）式中，M为尿素溶液的基本需求量，g/h；fNOx为原排NOx体积分数，10-6；m为排气流量，kg/h。稳态修正量以稳态修正系数的形式给出20，如式（19）所示。=kr/ke（19）式中，为稳态修正系数；kr为当前工况模型计算的实际 NOx转化率；ke为根据当前催化器入口的排气质量流量和排气温度查表所得的最大 NOx转化率。稳态修正模型如图 4 所示。动态加量和氨泄漏判断模型的设计主要用于实现最大 NOx转化率脉谱的标定过程。动态加量模型是基于此前计算所得到的一个实际尿素需求量值，在工况稳定时持续增加其值来达到在实际标定环节中逐渐增加尿素喷射量的目的，当实际尿素输出量使得催化器下游 NOx排放量不再降低并出现 NH3泄漏量开始上升的情况，通过与氨泄漏判断模型预设的催化器下游 NH3泄漏量限值进行比较，若此时 NH3的体积分数大于等于 1010-6，最终 尿 素 输 出 量 将 变 为 零，反 之 还 会 继 续 增 加 尿素量。3排放数据采集与虚拟标定过程在基本模型建立后，需要进行发动机台架试验，采集目标柴油机和后处理系统在设定工况下的原排和尾排数据，原排数据用于作为尿素 SCR 系统的输入条件，尾排数据则用于模型输出结果的对比验证。尿素 SCR 系统的标定是根据发动机性能和整车的各项性能要求，调整、优化尿素喷射装置且确定尿素喷射的控制参数，制定出最合理精确的脉谱图，实现合理可靠且精确的尿素喷射18。3.1试验设备试验所用发动机为一台直列 4 缸高压共轨柴油图 4稳态修正模型图 3尿素喷射量控制模型 66内燃机工程2023年第 3期机，其主要技术参数及 SCR 主要结构参数见表 1。3.2原排参数脉谱试验在环境海拔 2 000 m、大气压力 80 kPa 条件下开展。试验工况转速选取范围为 1 000 r/min3 000 r/min，间隔为 200 r/min；油门开度从 15%100%，依次增加 15%；记录转速、转矩、排气流量等参数。原机排放参数如图 5 所示。3.3尿素喷射量和目标 NOx转化率脉谱基于虚拟标定平台，对尿素 SCR 系统在每个工况下的最佳尿素喷射量进行标定，通过标定数据绘制出尿素喷射量脉谱见图 6（a）；由式（17）得到 NOx转化率值，并绘制 NOx转化率脉谱见图 6（b）。模拟台架对最大 NOx转化率的标定方法，待工况稳定后逐步增加尿素喷射量，直至 SCR 催化器下游监测的NH3体积分数达到 1010-6，记录尿素喷射量数值及 SCR 催化器下游 NOx排放稳定后的 NOx排放值，并计算 NOx转化率，即为该工况的最大 NOx转化率。由图 6（b）可知，最理想的 NOx转化率（95%以上）处于排温 300 450 区间。低转速低转矩时排气流量和排温都较低，尿素的热解、水解及催化剂起燃温度都会受到影响，此时 NOx转化率较低；在高转速高转矩时虽然也能获得较高的转化率，但如果一味追求高转化率会消耗较多尿素，在排气流量和排温较高的情况下，NH3的泄漏量及 NH3和 NOx的反应速率上升，发生式（7）、式（8）副反应的概率也会加大。导致排温较低和较高两个工况区间出现标定误差的原因主要有：（1）催化剂在排温较低时活性较低，无法达到最佳的 NOx转化率，故很难标定到期望的 NOx转化率值。（2）排温较高时催化剂活性较高，反应速率快，生成的产物也较为多样，还原剂参与NOx的转化比例会有所下降，NH3的泄漏也较容易发生。文献 3 中研究发现，发动机排温越高，催化器最大储氨量越低。因此，利用多目标遗传算法对排温低于 300 和高于 450 工况点的 NOx转化率进行优化，结合算法优势综合考虑平衡 NOx转化率与 NH3泄漏量之间出现的此消彼长关系，寻找最优的尿素喷射量以同时达到最大 NOx转化率与最小NH3泄漏量。4基于多目标遗传算法的 NOx转化率优化由于柴油机运行工况复杂多变，尿素喷射量控制需要满足不同工况的需求，进行多目标优化的目的是使尿素 SCR 系统在不同工况下均能达到最高的 NOx转化率，同时满足国六排放法规中对 NH3泄漏不超过 1010-6的要求。4.1NSGA-算法NSGA-由 Deb 等21在 2002 年提出，在延续了遗传算法选择、交叉、变异产生子代种群的基本操图 6尿素 SCR 系统标定参数表 1柴油机和 SCR 基本参数项目缸径/mm行程/mm排量/L压缩比标定功率/kW最大转矩/（N m）载体材料载体结构涂层材料载体长度/mm载体体积/L孔密度/（个cm-2）参数81971.991675（3 000 r/min）285（1 400 r/min2 200 r/min）堇青石蜂窝式钒基2544.12561.5（400个/in2）图 5原机排放参数 672023年第 3期内燃机工程作之外，加入拥挤度距离和精英保留策略21保持了解群体的分布性和多样性，算法中新群体的构造通常将优秀且拥挤度距离比较小的个体保留下来并参与下一代进化。图 721为拥挤度距离及 Pareto 解示意图。图中f1和f2为两个目标函数，i为目标函数的一个解。图 821为精英保留策略示意图。图中，P表示父代种群；Q 表示子代种群；Rt为 P 和 Q 的合并种群，设种群大小为 2N；Fi（i=1，2，）表示对 Rt进行非支配排序产生的子集。再按 Pareto 等级和拥挤度比较保留优秀个体到新的父代种群 Pt+1，设新种群大小为 N。如图 7 所示，将f1和f2两个目标函数的解集经过快速支配排序后分为 3 个 Pareto 等级。虚线四边形的长宽之和表示f1和f2两个目标函数解i的拥挤度距离，个体拥挤度距离计算见式（20）22。P i distance=k=1r(P i+1.fk-P i-1.fk)（20）式中，i为目标函数的一个解；P i distance为i的拥挤度距离；P i.fk为个体i在目标函数fk上的函数值（k=1，2，）；r为目标函数的总数量。4.2基于 NSGA-的多目标优化过程NSGA-计算效率高，且引入拥挤度距离和精英保留策略，是求解尿素 SCR 系统 NOx转化率和NH3泄漏问题中获得 Pareto 解的较好方法4，23。由于多目标优化算法通常统一求解最大化或者最小化问题，因此文中将求解的 NOx转化率转换为求解NOx未转化率，基于 NSGA-优化问题的目标函数表达式为式（21）。F()=f1()f2()（21）f1()=C2NOx/C1NOxf2()=C2NH3（22）s.t.0 j，maxC2NOx 0C2NH3 0（23）式中，F()为目标向量，包含两个目标函数；为决策变量，表示尿素 SCR 系统最大 NOx转化率所对应的尿素喷射量；j 为不等式约束序号，j=1，2，J；f1()和f2()分别为 NOx未转化率和 NH3泄漏量，需要同时最小化；C2NH3为催化器出口的 NH3体积分数；j，max为第 j 个约束下的最大尿素喷射量。根据式（21）式（23）的优化目标和约束条件，在 MATLAB 中运行调用尿素 SCR 模型进行计算，算法优化流程如图 9 所示。具体优化过程如下：首先输入边界条件，包括排气流量、排气温度和气体组分，生成不同尿素喷射量目标值个体的初始种群；然后通过尿素 SCR 系统模型计算实时的 NOx排放量和 NH3泄漏量得到目标函数值；最后根据目标函数，通过非支配排序、选择、交叉和变异产生子代种群，进行下一代计算，当新种群数量不够时进行精英保留策略补充。选择过程会图 8精英保留策略示意图图 7拥挤度距离及 Pareto解示意图图 9算法优化流程 68内燃机工程2023年第 3期选取更优的个体，使得种群向 Pareto 前沿移动4。优化算法会根据是否达到最大迭代数进行判断，选择重复上述优化过程或输出优化结果，若达到最大迭代次数则终止当前工况点的优化并输出优化结果。其中，种群大小及最大迭代数均为 100。4.3优化结果对比与分析利用算法获得最优尿素喷射量值，根据模型计算出最优解 NOx转化率和 NH3泄漏量。尿素 SCR系统标定参数优化结果对比如图 10 所示。从图中可以看出经过优化后，在 200 300 区间，随着尿素喷射量的增加，NOx转化率上升较为明显；在450 600 区间，随着尿素喷射量的下降，虽然NOx转化率出现了下降趋势，但总体仍然保持在一个较高的转化率区间（90%以上）。由于尿素喷射量的增加，优化后的 NH3泄漏量出现了明显的上升，但总体保持在 1010-6以内，见图 10（f）。优化前后 NOx转化率（图 10（c）和图 10（d）中在排气流量 0400 kg/h 的范围选取低、中、高 3 个值（分别为 100 kg/h、200 kg/h、300 kg/h），讨论温度对转化率和氨泄漏量的影响情况，如图 11 所示。由图 11（a）可知，在排气流量为 100 kg/h 时排温是 NOx转化率的主要影响因素，排温直接影响催化剂温度，进而影响催化剂内部的物质反应速率。从图 11 可以看出 NOx转化率随温度的增加呈现快速上升的趋势，到达 350 之后均能保持较高的转化 率。优 化 后，氨 泄 漏 量 有 所 提 高，在 200 300 区间 NOx转化率平均上升 28%左右。这是由于低温催化剂活性不高，尿素量的增加使得催化剂内部有大量的 NH3参与反应，但同时也伴随着更多 的 氨 泄 漏。优 化 前 后 平 均 NH3泄 漏 量 分 别 为2.610-6、3.010-6，由于尿素量增加，优化后平均NH3泄漏量上升 0.410-6。优化前后 NH3泄漏量随温度升高总体呈现先上升后下降的趋势，在排温250 400 范围大幅下降，优化前后下降值分别为 6.810-6和 7.610-6；400 之后趋于稳定，并且接近于零。由图 11（b）可知，排气流量为 200 kg/h 时 NOx转化率的上升趋势比排气流量为 100 kg/h 时缓慢，图 10尿素 SCR 系统标定参数优化结果对比图 11温度对优化前后的 NOx转化率和氨泄漏量的影响 692023年第 3期内燃机工程此时排气流量对 NOx转化率的影响比例有所上升。在 200 300 区间，优化后的 NOx转化率平均上升了约 36%，并且氨泄漏量的增加控制在合理范围内；在 450 600 区间，由于约束了尿素喷射量，优化后的 NOx转化率下降约 2%，但保持在 90%以上。优化前后平均 NH3泄漏量分别为 2.810-6、3.410-6，由于尿素量增加，优化后的平均 NH3泄漏量上升 0.610-6。从图 11（b）中的氨泄漏量优化前后的曲线可以看出在排温 200 420 区间有两次明显的波动，优化前的 NH3泄漏量在 260 和 380 出现急剧下降，下降值分别为 1.310-6和5.110-6；优化后的 NH3泄漏量分别在 250 和380 出现急剧下降，下降值分别为 4.110-6和5.110-6，直到排温 420 左右才趋于稳定。由图 11（c）可知，当排气流量到达 300 kg/h 时，虽然温度对于 NOx转化率的影响依然存在，但排气流量的增加使空速对 NOx转化率的影响加大，而此时氨泄漏更容易出现。与排气流量为 100 kg/h 和200 kg/h 相比，NOx转化率趋于稳定的温度要更高，由于此时催化剂活性较高，各物质间反应更加复杂且速率更快。200 300 区间，优化后 NOx转化率平均上升了 37%左右，氨泄漏量的上升较小。随着排气流量增加，SCR 催化器入口的 NOx排放量上升，此时增加尿素量可以提高 NH3与 NOx反应的比例。优化前后平均 NH3泄漏量分别为 4.110-6、4.510-6，由 于 尿 素 量 增 加，优 化 后 的 平 均NH3泄漏量上升 0.410-6。优化前后 NH3泄漏量随温度升高总体呈现下降的趋势，在排温 380 450 呈大幅下降，下降值约为 7.610-6，450 之后趋于稳定且接近于零。与基于尿素喷射量控制模型计算的实际尿素输出量相比，该算法得到的最优尿素量总体更能获得较高的 NOx转化率；此外，基于低温优化得到的NOx转化率对 SCR 催化器模型内部的化学反应动力学参数进行标定，在接下来的研究中可以提高催化剂中 NH3的有效反应比例，降低 NH3泄漏量。5结论（1）基于模型在环的虚拟标定方法对尿素 SCR系统最大 NOx转化率进行标定，研究结果表明用该方法获得的最大 NOx转化率脉谱可以在发动机台架试验前先行完成一部分尿素 SCR 系统控制策略相关控制参数脉谱的标定工作，在实际运用中可以缩短控制器产品的标定周期。（2）利用多目标遗传算法获得了最优尿素喷射量和最优解 NOx转化率，仿真结果表明算法优化辅助虚拟标定获得的最优尿素喷射量在排气流量分别为 100 kg/h、200 kg/h、300 kg/h 的 工 况 下 温 度 对NOx转化率和氨泄漏量的影响是不同的，并且在同一工况下通过多目标遗传算法得到最优尿素喷射量能获得更高的 NOx转化率，且 NH3泄漏量不超过1010-6。参考文献：1 中华人民共和国生态环境部.2021 年中国移动源环境管理年报（摘录一）J.环境保护，2021，49（s2）：8288.2 单文坡，余运波，张燕，等.中国重型柴油车后处理技术研究进展 J.环境科学研究，2019，32（10）：16721677.SHAN W P，YU Y B，ZHANG Y，et al.Advances in the development of exhaust aftertreatment technologies for heavyduty diesel vehicles in China J.Research of Environmental Sciences，2019，32（10）：16721677.3 胡杰，王立辉，王天田.柴油机 urea-SCR 控制系统设计与试验J.农业机械学报，2016，47（2）：349356.HU J，WANG L H，WANG T T.Design and test of urea-SCR control system for diesel engineJ.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47（2）：349356.4 王国仰，祁金柱，刘世宇，等.基于多目标遗传算法的 SCR 系统氨覆盖率优化 J.汽车工程，2020，42（3）：279285，306.WANG G Y，QI J Z，LIU S Y，et al.Optimization of ammonia coverage ratio in selective catalytic reduction system using a multi-objective genetic algorithm J.Automotive Engineering，2020，42（3）：279285，306.5 岳广照，刘兴华，孙柏刚，等.柴油机 SCR 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