[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

说明书

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。

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。

背景技术

近年来，柴油机由于它较高的燃油效率和较低温室气体排放特性，越来越受到关注。然而由于柴油发动机的火焰温度高，导致N₂被氧化成NOx，氮氧化物的排放将会导致臭氧消耗、酸雨和光化学烟雾现象的发生，对自然环境和人类健康造成危害。世界各国政府都相应推出了很多柴油发动机排放限制法规，为了满足越来越严格的排放要求，仅仅对燃烧控制策略层面研究是不够的，汽车后处理系统对于降低排放污染变得越来越重要。用于降低尾气中NOx排放的选择性催化还原(SCR)系统被广泛应用于柴油发动机后处理系统中，通过向汽车尾气中喷入32.5％浓度尿素水溶液，尿素吸收热量转化为气态氨气并与尾气中的NOx发生氧化还原反应生成N₂和H₂O。通常说来，更高的尿素喷射将导致更高的NOx转化率和尾气管中更少的NOx排放。然而，如果喷射尿素的剂量大于完全转化NOx所需的量，气态氨气则会因为反应不完全排入大气，但这也对环境和人类健康有害。因此，SCR系统的尿素喷射量应该根据尾气中NOx的含量进行闭环控制，旨在实现SCR系统的高NOx转化率和低氨逃逸率。

在SCR闭环控制策略中，输入氨气浓度和氨覆盖率被认为是构建闭环反馈控制策略的关键状态变量。为了获得输入氨气浓度，通常可以在SCR系统的入口设置氨浓度传感器，但是物理传感器的使用会增加SCR系统的使用成本；同时，相比输入氨气浓度，如何获得准确的氨覆盖率是一个难点，因为目前并没有商用物理传感器能够准确获得该物理量。

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后处理系统中的氨覆盖率与输入氨气浓度的较为准确的估计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

为了能够不基于物理传感器测量而实现对SCR后处理系统中的氨覆盖率与输入氨气浓度的较为准确的估计方法。本发明提出了基于无迹卡尔曼滤波(Unscented KalmanFilter,UKF)的氨覆盖率和输入氨气浓度的估计方法。

该方法包括如下步骤：

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：