[發明專利]基于SCR化學反應數學模型改善發動機NOx排放量的方法

有效

• 申請號: 201810724830.7
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108915827B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 鐘祥麟;鄭雪龍
• 申請（專利權）人: 中國汽車技術研究中心有限公司;中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N11/00;F01N9/00
• 代理公司: 12211 天津濱海科緯知識產權代理有限公司
• 代理人: 薛萌萌

1.基于SCR化學反應數學模型改善發動機NOx排放量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：在SCR催化器下游位置設置一個NOx傳感器，NOx傳感器實時監測SCR催化器下游的NOx體積濃度；

S2：在SCR催化器上游位置及下游位置各設置一個溫度傳感器，根據兩個溫度傳感器測量的溫度數據取平均值定義為SCR催化器的反應溫度t；

S3：建立SCR催化器化學反應數學模型，根據該數學模型通過下游的NOx體積濃度估算SCR催化器上游的NOx體積濃度：

根據催化器內部物質質量守恒原理，本化學反應數學模型包括NOx模型、氣態NH3模型和儲氨模型；

a，根據Eley-Rideal機理，NH3首先吸附在催化劑的活性位上，然后參與NOx的還原反應，同時，吸附在活性位上的NH3也會從活性位上脫附，該吸附與脫附是一個動態可逆過程，反應式如下：

(g)?(ads)；

其中，吸附效率為：；

脫附效率為：；

式中，t為溫度，為氣態氨濃度，為氨的覆蓋率；

在催化器中，吸附在催化劑活性位上的選擇性與發生反應生成和，反應式如下：

；

式中是發生還原反應的速率常數，設氣態濃度為，其表達式如下：

；

當溫度高于350℃時，吸附在催化劑活性位上的被氧化成和，反應式如下：

式中是氨被氧化的反應速率常數，其表達式如下：

；

b，氣態NOx質量守恒及氣態NOx模型：

催化器內部質量守恒方程：

（1）

輸入信號：催化器出口氮氧化物物質的量、氨覆蓋率、催化器內部溫度t、排氣質量流量m；

輸出信號：催化器入口氮氧化物濃度、催化器入口氮氧化物物質的量；

式中可由催化器下游NOx傳感器測量計算得到，為進入催化器的NOx物質的量可由計算得到，為式（3）的輸出，為式（1）輸出，初始值為零，當程序初始化時，初始值為零，t為催化器上下游傳感器兩個測量值的平均值，為催化器下游NOx傳感器測量值，m為空氣流量計測量值，經模型計算輸出催化器入口氮氧化物濃度和 NOx物質的量，經計算可得催化器需噴入的尿素量，進而可得入口氨物質的量作為式（2）的輸入；

c，氣態NH3質量守恒方程及氣態NH3模型：

催化器內部非吸附在催化劑活性位上的NH3質量守恒得到NH3平衡方程：

（2）

輸入信號：氨物質的量、氨覆蓋率、催化器內部溫度t、排氣質量流量m；

輸出信號：氨濃度；

式中：氨物質的量根據（1）式的輸出計算得到，氨覆蓋率為（3）式輸出，催化器內部溫度t根據催化器上下游溫度傳感器平均值，排氣流量m根據傳感器測量計算得到，為式（2）輸出，初始值為零,式（2）中如上述式（1）可計算得到，氨覆蓋率初始值為零，t為催化器上下游溫度傳感器兩個測量值的平均值，m為空氣流量計的測量值，經計算輸出氨濃度作為式（3）輸入；

d，吸附態NH3質量守恒方程及儲氨模型：

未參與以上反應的和從Urea-SCR系統排出，將Urea-SCR系統假設為一個均勻攪拌釜，即系統內部各狀態均勻一致，根據吸附在催化劑活性位上NH3的質量守恒可得到關于NH3覆蓋率動態的變化過程，即吸附態NH3質量守恒方程：

（3）

輸入信號：氨濃度、氮氧化物濃度、催化器內部溫度t；

輸出信號：氨覆蓋率；

式中：為單位體積氣體中活性原子濃度，為常數；為式（2）氣態NH3模型的輸出，為式（1）氣態NOx模型的輸出， t為催化器上下游溫度傳感器平均值，為式（3）儲氨模型的輸出，初始值為零，式（3）中氮氧化物濃度為上述式（1）輸出值，為式（2）氣態NH3模型的輸出，t為催化器上下游溫度傳感器兩個測量值的平均值，經計算輸出氨覆蓋率；

S4：根據發動機排放濃度計算還原劑的噴射量。