[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

摘要

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。

主权项

1.一种柴油机SCR系统氨覆盖度与进气氨气浓度的估算方法，其特征在于，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：公式中：表示为吸附在催化剂表面活性中心氨气的量，单位是mole，Θ表示催化剂的氨气储存能力，单位是mole，储氨能力Θ的数学表达式如下：Θ＝S₁exp(‑S₂T)                    (5)公式中：S₁和S₂表示为两个常数；催化箱中吸附态氨气在对NOx进行催化还原并生成N₂和H₂O过程中，主要有反应(6)和(7)，伴随有反应(8)：上述的NOx的催化还原反应中，设定氨气与NOx的反应量之比是1∶1，该反应的反应速率可以表示为如下：公式中：k_red表示化学反应速率系数，E_red表示获得的活化能，C_NOx表示NOx的浓度；当尾气温度高于450℃时，吸附态的氨气会与尾气中的氧气发生反应，生成N₂和H₂O，化学表达式及其化学反应速率如下所示：4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O                   (10)公式中：r_oxi表示为反应速率，k_oxi表示反应速率系数，E_oxi表示反应过程中的活化能；根据摩尔守恒定理和质量守恒定理，建立关于NOx浓度、氨覆盖度和氨气浓度的3阶非线性系统模型，数学表达式如下：SCR系统3阶非线性系统模型用矩阵的形式表达式如下：其中，公式(14)中，x＝ads，des，red，oxi，F表示尾气通过催化剂的体积流量，单位是m³/s，上述公式中，参数上带·的参数表示该参数的变化率，V表示整个催化剂内部的体积，单位m³；步骤2中，依据步骤1中建立的SCR的3阶状态空间模型，利用SRUKF算法估算SCR系统中氨覆盖度和进气氨气浓度。