SCR系统构成和控制策略综述.ppt

SCR系统构成和控制策略综述系统构成和控制策略综述2007-2-91SCR系统构成和控制策略综述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2SCR系统构成和控制策略综述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3SCR背景背景空气污染严重 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重型柴油机欧重型柴油机欧4技术路线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！5SCR系统构成和控制策略综述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6 SCR系统构型系统构型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7SCR催化器催化器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9前氧化催化器前氧化催化器前氧化催化器前氧化催化器l氧化催化器放置于氧化催化器放置于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。置，将调整到合适的工作范围。后氧化催化器后氧化催化器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（国内外运用实例（1）-Ford FEVFord公司和公司和FEV公司合作开发的公司合作开发的SCR系统系统针对轻型卡车开发，使用的燃油含硫量为针对轻型卡车开发，使用的燃油含硫量为15ppm，可以达到，可以达到90 的的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中有预加热装置来适应冷启动的尾气处理11Ford公司和公司和FEV公司合作开发的公司合作开发的SCR系统系统其主要亮点还在于简化后的辅助空气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（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（国内外运用实例（2）-BOSCHDenoxtronic空气辅助供气系统，单独空气辅助供气系统，单独ECU控制。控制。13SCR系统构成和控制策略综述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 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 20基于控制策略研究的性能仿真模型模型基本模型基本假设假设 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入变量 输出变量输出变量 参数参数 23SCR系统构成和控制策略综述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24SCR控制策略控制策略l基本控制目标基本控制目标l减少减少NOx排放排放50%l氨气泄露控制在氨气泄露控制在10ppm以下以下l可控对象可控对象l尿素供给量控制尿素供给量控制l辅助空气供给量控制辅助空气供给量控制l控制方式选择控制方式选择l闭环：随机误差自动补偿闭环：随机误差自动补偿l开环：需添加前馈控制环节开环：需添加前馈控制环节25尿素供给量控制尿素供给量控制lMAP图查询图查询l最佳供给系数（最佳供给系数（C.M.Schr）26空气供给压力控制空气供给压力控制l主要控制量主要控制量l辅助空气供给压力辅助空气供给压力l辅助空气供给定时辅助空气供给定时l系统工作模式系统工作模式l连续模式连续模式l断续模式断续模式27瞬态工况控制策略（瞬态工况控制策略（1）l小容量小容量SCR系统（系统（BOSCH）l稳态工作模型配合简单动态修正稳态工作模型配合简单动态修正l小容量的小容量的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催化器的稳态温度和实际温度28瞬态工况控制策略（瞬态工况控制策略（2）l大容量大容量SCR系统（系统（BOSCH）l对于大容量的对于大容量的SCR催化器，需要考虑实际的催化器，需要考虑实际的催化器内温度催化器内温度，该温度对，该温度对催化器的尿素储存能力以及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：氨气泄露控制核心部分：催化器内部尿素积累预估模型催化器内部尿素积累预估模型29NOx反馈控制策略反馈控制策略（1）l闭环反馈消除随机误差闭环反馈消除随机误差l1.NOx排放量预估误差，排放量预估误差，l2.实际尿素注入量误差，实际尿素注入量误差，l3.SCR催化器老化引起的误差，催化器老化引起的误差，l4.Ad Blue浓度的误差等。浓度的误差等。lNOx传感器特性传感器特性无法分辨无法分辨NOx和和NH3的成分比的成分比 为实际尿素供给量和最佳供给量之比30NOx反馈控制策略反馈控制策略（2）lNOx传感器特性研究传感器特性研究l稀薄区稀薄区l富裕区富裕区l阈值分析（阈值分析（C.M.Schr）l选择阈值判定稀薄区及富选择阈值判定稀薄区及富裕区裕区l稀薄区：传感器值为稀薄区：传感器值为NOl富裕区：传感器值为富裕区：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31氨气泄露控制策略（氨气泄露控制策略（1）l基于模型的尿素残余量预测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（）氨气泄露控制策略（）l基于查表的传统前馈方法（基于查表的传统前馈方法（BOSCH控制策略）控制策略）l查MAP方式l标定工作重33其他影响因素其他影响因素l发动机温度发动机温度lSCR系统工作时间系统工作时间l添蓝（添蓝（Ad-Blue）露点温度）露点温度l34SCR系统构成和控制策略综述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35未来展望未来展望硬件部分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36