[发明专利]一种应用于柴油机SCR后处理系统的氨覆盖率与输入氨气浓度估计方法

摘要

本发明公开了一种应用于柴油机SCR后处理系统的氨覆盖率与输入氨气浓度估计方法，首先，建立能反映SCR后处理系统内部动力学变化的三阶状态空间模型，其次，依据建立的三阶状态空间模型，利用UKF算法估计SCR后处理系统中氨覆盖率和输入氨气浓度，该方法中，无迹卡尔曼滤波通过对无损变换(UT)和标准Kalman滤波体系的结合，使SCR后处理系统的强非线性系统方程适用于Kalman滤波体系。无迹卡尔曼滤波通过对非线性函数的概率密度分布进行近似，能够模拟非线性变化，使得整体估计精度很高；解决了氨覆盖率无法用物理传感器采集的问题，为尿素喷射闭环控制做好基础；可以准确估计出SCR后处理系统的输入氨气浓度，以替代进气氨气浓度传感器的使用，可降低使用成本。

主权项

1.一种应用于柴油机SCR后处理系统的氨覆盖率与输入氨气浓度估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立能反映所述SCR后处理系统内部动力学变化的三阶状态空间模型，如下：尿素喷射器向尾气管中喷入质量百分比浓度为32.5％的尿素溶液，尿素受热分解所得的氨气进入设有催化剂的催化箱内；NH₃在催化剂上的吸附与解吸附过程、吸附速率和解吸附速率分别如下：公式中：θ_free表示SCR催化表面空余自由基，表示得到活化将与NOx反应的氨，箭头正向表示吸附过程、箭头反向表示解吸附过程，R_x表示化学反应速率、K_x表示反应速率常数、E_x表示反应过程中得到的活化能、x＝ad,de、ad表示吸附、de表示解吸附，T表示温度，R表示理想气体常数、R＝8.4145J/(mol·K)，表示氨气浓度，为氨覆盖率，数学定义式如下：公式中：表示为吸附在催化剂表面氨气的摩尔量，Θ表示催化剂的氨气储存能力，Θ的数学表达式如下：Θ＝S₁exp(‑S₂T)                     (5)公式中：S₁和S₂表示为两个常数；催化箱中吸附态氨气在对NOx进行催化还原并生成N₂和H₂O过程中，主要有反应(6)，伴随有反应(7)和(8)：上述的NOx的催化还原反应中，反应(6)的反应速率可以表示为如下：公式中：K_re表示化学反应速率系数，E_re表示反应过程中获得的活化能，C_NO表示尾气管中一氧化氮的浓度；当尾气温度高于450℃时，吸附态的氨气会与尾气中的氧气发生反应，生成NO和H₂O，化学表达式及其化学反应速率如下所示：公式中：K_ox表示化学反应速率系数，E_ox表示反应过程中的活化能；根据摩尔守恒定理和质量守恒定理，建立SCR后处理系统的三阶状态空间模型，数学表达式如下：用矩阵的形式表达式如下：公式中：x表示ad、de、ox、re，C_NO和分别表示尾气管中一氧化氮浓度和氨气浓度，和C_NO,in分别表示SCR后处理系统中输入氨气浓度和输入一氧化氮浓度，F表示尾气流量，V表示催化箱体积，参数上带·的参数表示该参数的变化率；步骤2中，依据步骤1中建立的三阶状态空间模型，利用UKF算法估计SCR后处理系统中氨覆盖率和输入氨气浓度。