重型柴油機(jī)Urea-SCR控制策略建模及仿真分析研究.pdf

1、近年來，世界的汽車保有量逐年增加，燃油消耗量和有害物質(zhì)的排放量也在逐年增長。但是，為了保護(hù)本國的環(huán)境，幾乎所有的國家都制定法規(guī)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的排放進(jìn)行限制。柴油機(jī)的主要排放物是PM以及NOx，通過機(jī)內(nèi)優(yōu)化技術(shù)可以使顆粒物的排放達(dá)到排放法規(guī)的要求，但是，NOx的排放量卻因此而升高。目前，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，在降低NOx排放的所有技術(shù)中，SCR技術(shù)是最具有前景的排氣后處理技術(shù)。并且，通過研究發(fā)現(xiàn)，首先通過優(yōu)化燃燒，使顆粒排放達(dá)到法規(guī)要求，然后使用選擇

2、性催化還原技術(shù)(SCR)來降低因燃燒優(yōu)化而升高的NOx排放，可以使PM和NOx排放同時(shí)達(dá)到歐IV及以上排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　 本文首先分析了SCR系統(tǒng)的組成及工作原理，研究了系統(tǒng)的工作過程。然后，從技術(shù)角度和商業(yè)角度進(jìn)行分析，得出尿素水溶液是最適合系統(tǒng)的還原劑，并且還可以通過檢測(cè)尿素水溶液的密度得到溶液中尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
　　 為了能夠使重型柴油機(jī)達(dá)到國Ⅳ及國V排放標(biāo)準(zhǔn)，本文從數(shù)學(xué)模型及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，得到了SCR系

3、統(tǒng)中所涉及到的氨氣的吸附與解吸附、氮氧化物的催化還原反應(yīng)和氨氣的氧化反應(yīng)的速率方程式。基于質(zhì)量及能量守恒定律，本文推導(dǎo)出了氣態(tài)氨氣、氣態(tài)氮氧化物、吸附態(tài)氨氣及溫度的數(shù)學(xué)控制方程式，并且在MATLAB/Simulink軟件里面建立了所對(duì)應(yīng)的控制模型及SCR催化轉(zhuǎn)化器的控制模型。基于所建立的控制器模型，本文以SCR催化轉(zhuǎn)化器下游的氨氮比為定值作為控制目標(biāo)，還建立了基于模型的SCR前饋控制器模型。
　　 為了驗(yàn)證所建立的各個(gè)模型的精確

4、性，本文對(duì)某重型柴油機(jī)做了臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)中選取了幾個(gè)典型的工況點(diǎn)，通過試驗(yàn)值與模擬值的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所建立的SCR儲(chǔ)氨模型、溫度模型、氣態(tài)NOx模型及氣態(tài)NH3模型的仿真結(jié)果是可靠的，誤差范圍均在10％以內(nèi);ESC和ETC結(jié)果表明，基于模型的前饋控制器與基于MAP圖的控制器的NOx的轉(zhuǎn)化效率基本相同，但前者的NOx濃度峰值比后者要小;與基于MAP圖的控制器相比，在大部分工況下，基于模型的前饋控制器能夠較好的控制氨氣滑失量，這對(duì)防止氨氣的“二