[发明专利]基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法

说明书

本发明公开了一种基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法：根据SCR系统氨质量守恒建立储氨量计算模型，计算实际工况下SCR当前时刻的储氨量；基于稳态实验标定出发动机NO_x排放脉谱、排气质量流量脉谱和氨氮比脉谱，计算出基本尿素喷射量；通过实验标定目标储氨量区域、氨吸附时间常数和氨释放时间常数，计算出修正尿素喷射量；实际工况下，以基本尿素喷射量与修正尿素喷射量之和对尿素喷射进行控制，在排气温度突增的工况下辅以尿素缓喷和停喷，使得SCR当前时刻的储氨量逼近目标储氨量区域。本发明能够提高柴油机后处理SCR全工况的NO_x转化效率，节省尿素消耗量并降低氨泄漏。

技术领域

本发明涉及柴油机尾气后处理技术，更具体的说，是涉及一种基于实时储氨量管理的柴油机催化还原尿素喷射控制方法。

背景技术

柴油机的富氧燃烧极易产生较高的NO_x排放，是内燃机车NO_x排放的主要来源。选择性催化还原技术利用尿素水解产生的氨将尾气中的NO_x还原成N₂，可以降低柴油机中90％以上的NO_x，目前被认为是解决柴油机NO_x排放最有效的技术。采用SCR后处理技术相比EGR技术有利于燃油经济性的改善，燃油系统的配置也不需太高，而且SCR对燃油中的硫不太敏感，低要求的燃油品质可以降低柴油机的运行成本。在我国满足国IV阶段及更严格排放法规的重型柴油车多数采用了SCR技术。

SCR系统需要在催化剂上游的排气管上安装尿素喷射装置，将尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中。雾状形态的尿素水溶液在高温排气作用下发生水解和热解反应，生成所需要的还原剂氨，在催化反应区与排气中的NO_x反应。实际工况尿素喷射产生的氨并不与NO_x刚好完全反应，而是一部分被NO_x消耗，一部分吸附在SCR系统的载体上。当尿素喷射量过多，反应剩余氨一旦超过SCR载体最大氨存储量，便会产生氨泄漏，造成二次污染。尤其在SCR温度剧烈上升的工况(例如柴油机突然由低负荷运行到大负荷)，氨泄漏问题尤为严重。由于SCR系统的饱和氨存储能力随温度增加而骤减，温度剧烈上升时，低温时存储的氨来不及与排气中的NO_x反应，就会以氨泄漏的形式释放出来。SCR的控制需要考虑不同排气条件下SCR系统的催化特性和氨存储特性，低温时催化剂活性低，储氨量对SCR效率影响较大；高温时SCR的储氨能力低，但催化剂活性提高使得SCR具有很高的转化效率。因此SCR系统控制的目标是实现NO_x转化效率和氨泄漏二者的折衷。

国IV和国V阶段重型柴油机排放法规中，要求发动机在指定的排放测试循环(ESC/ETC)下运行能满足特定的排放限值要求。但是在实际路况中，特别是在城区行驶的情况下，柴油车排放的NO_x却远超出排放测试的限值。原因是ESC/ETC测试循环的低速低负荷工况并不具有代表性，而SCR后处理系统在排气温度较高催化剂活性较强时工作效率高，低温时NO_x转化效率较低。为使测试循环工况更接近道路工况，欧VI阶段采用了世界统一的稳态和瞬态测试循环(WHSC/WHTC)。该测试循环对各种路况具有较好的代表性，相比ESC/ETC测试循环，WHSC/WHTC测试循环低速低负荷工况更为集中，瞬态工况变动范围更大，这就要求采用更高效灵活的控制方法进一步提高SCR低温下的工作效率和降低瞬态工况的氨泄漏。

目前SCR控制的研究多集中在基于模型的控制策略方面，但由于大多数模型较复杂，嵌入性与实时性较差，而对SCR氨存储动态特性及相关控制方法的研究较少。加强瞬态工况中SCR系统控制方法的研究，提高NO_x转化效率，减少氨的泄漏量，有利于降低流体消耗(fluids cost)和应对更加严格的排放法规。

发明内容