SCR系统构成和控制策略综述PPT课件.ppt

SCR系统构成和控制策略综述2007-2-911SCR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22SCR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33SCR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44重型柴油机欧4技术路线两条技术路线对比 EGR+DPFSCR燃油消耗增加油耗7 左右（欧3到欧4）可降低油耗6左右（欧3到欧4）燃油品质要求要求含硫量低于50ppm对硫不敏感对柴油机的机械强度要求 缸内最高爆发压力大幅度增加 所需要的发动机最高爆发压力不是很高 冷却系统 EGR冷却器所需要的冷却功率大幅增加无需改变热管理系统升级到欧5可行性欧4到欧5需要较大改进同一方案可以较容易达到欧4和欧5成本成本增加不是很大增加了Adblue系统，同时需要配套基础设施建设，成本提高较大SCR是实现欧4排放的最佳技术路线！55SCR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66 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77SCR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 88周边供给系统周边供给系统l 添蓝（Ad-Blue）供给系统l 辅助空气供给系统（非必须）1.雾化效果2.热损害防护3.积炭1.功耗2.系统构型复杂3.噪声4.电磁干扰99前氧化催化器前氧化催化器l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l后氧化催化剂一般用于消除泄漏出的氨气1010国内外运用实例（1）-Ford FEVFord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1111Ford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1212国内外运用实例（2）-BOSCHDenoxtronic空气辅助供气系统，单独ECU控制。1313SCR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1414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 1515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1616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 1717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 1818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1919基于控制策略研究的性能仿真模型 TNO SimCat(SCR model)AdBlueFlowExhMassFlowAmbTempTempCatInTempCatOutNO,NO2,NH3,O2ConcentrationCatalystOutNO,NO2,O2ConcentrationCatalystInAdblue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 2020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。2121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。2222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 2323SCR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2424SCR控制策略l基本控制目标l减少NOx排放50%l氨气泄露控制在10ppm以下l可控对象l尿素供给量控制l辅助空气供给量控制l控制方式选择l闭环：随机误差自动补偿l开环：需添加前馈控制环节2525尿素供给量控制lMAP图查询l最佳供给系数（C.M.Schr）2626空气供给压力控制l主要控制量l辅助空气供给压力l辅助空气供给定时l系统工作模式l连续模式l断续模式2727瞬态工况控制策略（1）l小容量SCR系统（BOSCH）l稳态工作模型配合简单动态修正l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2828瞬态工况控制策略（2）l大容量SCR系统（BOSCH）l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l氨气泄露控制核心部分：催化器内部尿素积累预估模型2929NOx反馈控制策略（1）l闭环反馈消除随机误差l1.NOx排放量预估误差，l2.实际尿素注入量误差，l3.SCR催化器老化引起的误差，l4.Ad Blue浓度的误差等。lNOx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3030NOx反馈控制策略（2）lNOx传感器特性研究l稀薄区l富裕区l阈值分析（C.M.Schr）l选择阈值判定稀薄区及富裕区l稀薄区：传感器值为NOl富裕区：传感器值为NH31.合适阈值2.过早进入富裕区3.无法区分稀薄或富裕选择合适的阈值3131氨气泄露控制策略（1）l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3232氨气泄露控制策略（）l基于查表的传统前馈方法（BOSCH控制策略）l查MAP方式l标定工作重3333其他影响因素l发动机温度lSCR系统工作时间l添蓝（Ad-Blue）露点温度l3434SCR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3535未来展望硬件部分Downsizing trend（例如减少Air-assistance）控制部分减少需要标定的MAP，提高基于模型的控制策略的比重。配套设施市场驱动Adblue加注站的建设燃油品质在不同燃油品质下实现排放法规的策略3636