1,SCR系統構成和控制策略綜述,2007-2-9,1,2,SCR系統構成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統構型,3.SCR系統的建模研究綜述,4.SCR系統的控制策略綜述,5.未來發展方向,2,3,SCR系統構成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統構型,3.SCR系統的建模研究綜述,4.SCR系統的控制策略綜述,5.未來發展方向,3,4,SCR背景,空氣污染嚴重汽車產量增長迅速,歐4排放法規勢在必行,重型柴油機的歐4排放技術,4,5,重型柴油機歐4技術路線,兩條技術路線對比,SCR是實現歐4排放的最佳技術路線！,5,6,SCR系統構成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統構型,3.SCR系統的建模研究綜述,4.SCR系統的控制策略綜述,5.未來發展方向,6,7,SCR系統構型,SCR催化器,后氧化催化器,前氧化催化器,空氣供給裝置,AdBlue供給裝置,SCR控制單元,7,8,SCR催化器,32.5%尿素溶液Ad-Blue,氨氣,化學反應,慢反應1x,快反應10 x,副反應,8,9,周邊供給系統,周邊供給系統添藍（Ad-Blue）供給系統輔助空氣供給系統（非必須）,霧化效果熱損害防護積炭,功耗系統構型復雜噪聲電磁干擾,9,10,前氧化催化器,前氧化催化器氧化催化器放置于SCR催化器前，作為發動機尾氣的預處理裝置，將調整到合適的工作范圍。后氧化催化器后氧化催化劑一般用于消除泄漏出的氨氣,10,11,國內外運用實例（1）-FordFEV,Ford公司和FEV公司合作開發的SCR系統針對輕型卡車開發，使用的燃油含硫量為15ppm，可以達到90的NOx轉化率。尿素噴嘴安裝在迎著尾氣氣流的方向。同時系統中有預加熱裝置來適應冷啟動的尾氣處理,11,12,Ford公司和FEV公司合作開發的SCR系統其主要亮點還在于簡化后的輔助空氣系統,國內外運用實例（1）-FordFEV,原有系統,簡化系統,12,13,國內外運用實例（2）-BOSCH,Denoxtronic空氣輔助供氣系統，單獨ECU控制。,13,14,SCR系統構成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統構型,3.SCR系統的建模研究綜述,4.SCR系統的控制策略綜述,5.未來發展方向,14,15,基于化學動力學的SCR物理模型,SCR在低溫狀態下的化學機理,快速SCR反應,15,16,基于化學動力學的SCR物理模型,NH3吸附和分離反應,NH3氧化反應,NH3的吸附和分離速率,NH3氧化速率,16,17,基于化學動力學的SCR物理模型,標準SCR反應,標準SCR反應速率,NO2水解反應,NO2的水解率,17,18,基于化學動力學的SCR物理模型,HONO與NH3反應,NH3與HNO3的合成與分解,HNO3和NH3的反應速率,NH4NO3水解速率,HNO3與NO反應,HNO3和NO的反應速率,18,19,基于化學動力學的SCR物理模型,NO2的SCR反應速率,N2O形成,NO2的SCR反應,N2O反應速率,19,20,基于控制策略研究的性能仿真模型,Adblue的水解和水合反應NH3的吸附和分離反應慢速和快速的NO和NO2轉化反應催化器的溫度變化NH3在高溫下的氧化反應,20,21,基于控制策略研究的性能仿真模型,模型基本假設,1.(NH2)2CO分解為NH3的速率是尾氣溫度的函數.2.NOx只包含NO、NO2兩種物質,(NO2/NOx比率),進入SCR的NOx濃度,由MAP圖來決定,Adblue存儲罐的刻度傳感器信號由Adblue流量來計算。,21,22,基于控制策略研究的性能仿真模型,SCR中還原反應只考慮兩個主要物質NO、NO2的還原反應。,NO、NO2的反應速度由化學動力學來計算。,或者進一步簡化為：,NH3的濃度由Adblue流量和SCR溫度來決定。,NH3的反應速率是NO、NO2反應速率的函數，不考慮NH3在高溫下與氧氣發生的氧化反應。,22,23,基于控制策略研究的性能仿真模型,輸入變量,輸出變量,參數,23,24,SCR系統構成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統構型,3.SCR系統的建模研究綜述,4.SCR系統的控制策略綜述,5.未來發展方向,24,25,SCR控制策略,基本控制目標減少NOx排放50%氨氣泄露控制在10ppm以下可控對象尿素供給量控制輔助空氣供給量控制控制方式選擇閉環：隨機誤差自動補償開環：需添加前饋控制環節,25,26,尿素供給量控制,MAP圖查詢最佳供給系數（C.M.Schr）,26,27,空氣供給壓力控制,主要控制量輔助空氣供給壓力輔助空氣供給定時系統工作模式連續模式斷續模式,27,28,瞬態工況控制策略（1）,小容量SCR系統（BOSCH）穩態工作模型配合簡單動態修正小容量的SCR催化器內尿素積聚效應對于催化還原的效果影響小，還原轉化率的主要影響因素在于SCR催化器的穩態溫度和實際溫度,28,29,瞬態工況控制策略（2）,大容量SCR系統（BOSCH）對于大容量的SCR催化器，需要考慮實際的催化器內溫度，該溫度對催化器的尿素儲存能力以及NOx的轉化效率起到至關重要的影響氨氣泄露控制核心部分：催化器內部尿素積累預估模型,29,30,NOx反饋控制策略（1）,閉環反饋消除隨機誤差1.NOx排放量預估誤差，2.實際尿素注入量誤差，3.SCR催化器老化引起的誤差，4.AdBlue濃度的誤差等。NOx傳感器特性無法分辨NOx和NH3的成分比為實際尿素供給量和最佳供給量之比,30,31,NOx反饋控制策略（2）,NOx傳感器特性研究稀薄區富裕區閾值分析（C.M.Schr）選擇閾值判定稀薄區及富裕區稀薄區：傳感器值為NO富裕區：傳感器值為NH3,合適閾值過早進入富裕區無法區分稀薄或富裕,選擇合適的閾值,31,32,氨氣泄露控制策略（1）,基于模型的尿素殘余量預測采用的SCR催化器的模型(C.M.Schr)，模型計算出催化器內部溫度和NH3的表面覆蓋度；最大表面覆蓋度由查表得出，經過轉換可以得到所需要修正的尿素供給量，從而干預之前計算出的預計供應的尿素量,32,33,氨氣泄露控制策略（）,基于查表的傳統前饋方法（BOSCH控制策略）查MAP方式標定工作重,33,34,其他影響因素,發動機溫度SCR系統工作時間添藍（Ad-Blue）露點溫度,34,35,SCR系統構成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統構型,3.SCR系統的建模研究綜述,4.SCR系統的