[发明专利]一种柴油机SCR系统氨覆盖度与进气氨气浓度的估算方法

说明书

本发明公开了一种柴油机SCR系统氨覆盖度与进气氨气浓度的估算方法，首先，根据SCR系统内部的化学反应机理建立SCR的3阶状态空间模型，其次，依据建立的系统模型，利用SRUKF算法估算SCR系统中氨覆盖度和进气氨气浓度。基于SRUKF算法，通过采集Sigma点，利用无迹变换处理均值和协方差的非线性传递，没有线性化忽略高阶项，算法的估计精度高，能提高估算氨覆盖度和进气氨气浓度的准确性；同时解决了氨覆盖度不能直接利用物理传感器获取的问题，有助于SCR尿素喷射闭环控制；该方法还能准确估算出SCR系统中进气氨气浓度，可以减少氨气浓度传感器的使用，降低使用成本。

技术领域

本发明涉及汽车尾气排放技术领域，具体涉及一种柴油机SCR系统氨覆盖度与进气氨气浓度的估算方法。

背景技术

相比汽油机，柴油由于不同的燃烧机理，其尾气中的NOx含量相对较高。NOx会导致酸雨和光化学烟雾现象的产生，还会引起人类呼吸系统疾病，威胁到自然环境和人类健康。因此世界上很多国家都对柴油机的NOx排放制定了一个严格的法规。

为了降低尾气排放中的NOx含量，许多技术被应用在柴油机后处理系统上，其中SCR技术被认为是最有前景的尾气后处理技术，能有效地将尾气中的NOx转化为N2和H₂O。SCR系统通过向尾气中喷入一定量32.5％浓度的尿素溶液，喷入的尿素溶液吸收尾气中的热量转化为气态氨气，并吸附在催化剂表面与尾气中NOx发生化学反应。理论上，喷射过量尿素溶液会使得尾气中NOx转化率升高，从而达到降低NOx排放的目的，但是排放出多余的氨气也会污染自然环境，所以为了能同时满足高NOx转化率和低的氨气泄漏率，如何精确控制尿素的喷射量就成为关键因素。为了实现对尿素喷射的闭环控制，SCR催化剂表面的氨覆盖度是极为重要的参数，然而目前并没有能直接采集到氨覆盖度的商用物理传感器。另外，对于进入SCR系统中的进气氨气浓度参数的测量也是至关重要，目前采用的是物理传感器来进行测量，而该使用的物理传感器通常价格昂贵，成本较高，同时催化箱上设有的物理传感器，也会导致该测量装置的结构较为复杂。

因此，如何提供一种能够不基于物理传感器测量而实现对SCR系统中氨覆盖度与进气氨气浓度的较高精度估算的估算方法便成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为了能够准确的估算出SCR系统中催化剂表面的氨覆盖度和催化箱中的进气氨气浓度。本发明提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波(Square-root Unscented KalmanFilter，SRUKF)设计的一种氨覆盖度和进气氨气浓度的估算方法。

该方法包括如下步骤：

步骤1：根据所述SCR系统内部的化学反应机理建立SCR的3阶状态空间模型，如下：

尿素喷射器向排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、催化剂表面的吸附和解吸附动力学速率如下：

公式中：表示为SCR催化剂表面空余自由基，表示为已经吸附在活性中心得到活化的氨气，r_ads和r_des分别表示氨气在催化剂表面的吸附速率和解吸附速率，k_ads和k_des分别表示吸附和解吸附过程的反应速率常数，E_ads和E_des分别表示吸附和解吸附过程中得到的活化能，表示催化箱内的氨气浓度，T表示为催化箱内的温度，单位是K，R表示理想气体常数，R＝8.4145J/(mol·K)；表示为氨气在催化剂表面的氨覆盖度，数学定义式如下：