SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述PPT課件

1,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,2007-2-9,1,2,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統(tǒng)構(gòu)型,3.SCR系統(tǒng)的建模研究綜述,4.SCR系統(tǒng)的控制策略綜述,5.未來發(fā)展方向,2,3,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統(tǒng)構(gòu)型,3.SCR系統(tǒng)的建模研究綜述,4.SCR系統(tǒng)的控制策略綜述,5.未來發(fā)展方向,3,4,SCR背景,空氣污染嚴(yán)重汽車產(chǎn)量增長迅速,歐4排放法規(guī)勢在必行,重型柴油機(jī)的歐4排放技術(shù),4,5,重型柴油機(jī)歐4技術(shù)路線,兩條技術(shù)路線對比,SCR是實(shí)現(xiàn)歐4排放的最佳技術(shù)路線！,5,6,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統(tǒng)構(gòu)型,3.SCR系統(tǒng)的建模研究綜述,4.SCR系統(tǒng)的控制策略綜述,5.未來發(fā)展方向,6,7,SCR系統(tǒng)構(gòu)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(xué)反應(yīng),慢反應(yīng)1x,快反應(yīng)10 x,副反應(yīng),8,9,周邊供給系統(tǒng),周邊供給系統(tǒng)添藍(lán)（Ad-Blue）供給系統(tǒng)輔助空氣供給系統(tǒng)（非必須）,霧化效果熱損害防護(hù)積炭,功耗系統(tǒng)構(gòu)型復(fù)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(fā)動機(jī)尾氣的預(yù)處理裝置，將調(diào)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(nèi)外運(yùn)用實(shí)例（1）-FordFEV,Ford公司和FEV公司合作開發(fā)的SCR系統(tǒng)針對輕型卡車開發(fā)，使用的燃油含硫量為15ppm，可以達(dá)到90的NOx轉(zhuǎn)化率。尿素噴嘴安裝在迎著尾氣氣流的方向。同時系統(tǒng)中有預(yù)加熱裝置來適應(yīng)冷啟動的尾氣處理,11,12,Ford公司和FEV公司合作開發(fā)的SCR系統(tǒng)其主要亮點(diǎn)還在于簡化后的輔助空氣系統(tǒng),國內(nèi)外運(yùn)用實(shí)例（1）-FordFEV,原有系統(tǒng),簡化系統(tǒng),12,13,國內(nèi)外運(yùn)用實(shí)例（2）-BOSCH,Denoxtronic空氣輔助供氣系統(tǒng)，單獨(dú)ECU控制。,13,14,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統(tǒng)構(gòu)型,3.SCR系統(tǒng)的建模研究綜述,4.SCR系統(tǒng)的控制策略綜述,5.未來發(fā)展方向,14,15,基于化學(xué)動力學(xué)的SCR物理模型,SCR在低溫狀態(tài)下的化學(xué)機(jī)理,快速SCR反應(yīng),15,16,基于化學(xué)動力學(xué)的SCR物理模型,NH3吸附和分離反應(yīng),NH3氧化反應(yīng),NH3的吸附和分離速率,NH3氧化速率,16,17,基于化學(xué)動力學(xué)的SCR物理模型,標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng),標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)速率,NO2水解反應(yīng),NO2的水解率,17,18,基于化學(xué)動力學(xué)的SCR物理模型,HONO與NH3反應(yīng),NH3與HNO3的合成與分解,HNO3和NH3的反應(yīng)速率,NH4NO3水解速率,HNO3與NO反應(yīng),HNO3和NO的反應(yīng)速率,18,19,基于化學(xué)動力學(xué)的SCR物理模型,NO2的SCR反應(yīng)速率,N2O形成,NO2的SCR反應(yīng),N2O反應(yīng)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(yīng)NH3的吸附和分離反應(yīng)慢速和快速的NO和NO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化器的溫度變化NH3在高溫下的氧化反應(yīng),20,21,基于控制策略研究的性能仿真模型,模型基本假設(shè),1.(NH2)2CO分解為NH3的速率是尾氣溫度的函數(shù).2.NOx只包含NO、NO2兩種物質(zhì),(NO2/NOx比率),進(jìn)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(jì)算。,21,22,基于控制策略研究的性能仿真模型,SCR中還原反應(yīng)只考慮兩個主要物質(zhì)NO、NO2的還原反應(yīng)。,NO、NO2的反應(yīng)速度由化學(xué)動力學(xué)來計(jì)算。,或者進(jìn)一步簡化為：,NH3的濃度由Adblue流量和SCR溫度來決定。,NH3的反應(yīng)速率是NO、NO2反應(yīng)速率的函數(shù)，不考慮NH3在高溫下與氧氣發(fā)生的氧化反應(yīng)。,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(shù),23,24,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統(tǒng)構(gòu)型,3.SCR系統(tǒng)的建模研究綜述,4.SCR系統(tǒng)的控制策略綜述,5.未來發(fā)展方向,24,25,SCR控制策略,基本控制目標(biāo)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(huán)：隨機(jī)誤差自動補(bǔ)償開環(huán)：需添加前饋控制環(huán)節(jié),25,26,尿素供給量控制,MAP圖查詢最佳供給系數(shù)（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(tǒng)工作模式連續(xù)模式斷續(xù)模式,27,28,瞬態(tài)工況控制策略（1）,小容量SCR系統(tǒng)（BOSCH）穩(wěn)態(tài)工作模型配合簡單動態(tài)修正小容量的SCR催化器內(nèi)尿素積聚效應(yīng)對于催化還原的效果影響小，還原轉(zhuǎn)化率的主要影響因素在于SCR催化器的穩(wěn)態(tài)溫度和實(shí)際溫度,28,29,瞬態(tài)工況控制策略（2）,大容量SCR系統(tǒng)（BOSCH）對于大容量的SCR催化器，需要考慮實(shí)際的催化器內(nèi)溫度，該溫度對催化器的尿素儲存能力以及NOx的轉(zhuǎn)化效率起到至關(guān)重要的影響氨氣泄露控制核心部分：催化器內(nèi)部尿素積累預(yù)估模型,29,30,NOx反饋控制策略（1）,閉環(huán)反饋消除隨機(jī)誤差1.NOx排放量預(yù)估誤差，2.實(shí)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(shí)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(qū)富裕區(qū)閾值分析（C.M.Schr）選擇閾值判定稀薄區(qū)及富裕區(qū)稀薄區(qū)：傳感器值為NO富裕區(qū)：傳感器值為NH3,合適閾值過早進(jìn)入富裕區(qū)無法區(qū)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(yù)測采用的SCR催化器的模型(C.M.Schr)，模型計(jì)算出催化器內(nèi)部溫度和NH3的表面覆蓋度；最大表面覆蓋度由查表得出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換可以得到所需要修正的尿素供給量，從而干預(yù)之前計(jì)算出的預(yù)計(jì)供應(yīng)的尿素量,32,33,氨氣泄露控制策略（）,基于查表的傳統(tǒng)前饋方法（BOSCH控制策略）查MAP方式標(biāo)定工作重,33,34,其他影響因素,發(fā)動機(jī)溫度SCR系統(tǒng)工作時間添藍(lán)（Ad-Blue）露點(diǎn)溫度,34,35,SCR系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略綜述,1.SCR背景,2.SCR系統(tǒng)構(gòu)型,3.SCR系統(tǒng)的建模研究綜述,4.SCR系統(tǒng)的