柴油机Urea_SCR系统低温控制策略研究

０１４年第６期　２内　燃　机　工　程

，ｄｒｅｘｐ－ＮＨａｄｓ·ｓ＝Ｋ３ａ

·８５·

［６］

。时滞、ＮＯｘ传感器对ＮＨ３的交叉敏感性等问题

因此，对于添蓝喷射控制策略的研究逐渐向基于模型的控制方式发展。此外，由于法规收紧了对低排温工况ＮＯ更好的低温控制策略成为ｘ排放的要求，了当前研究的重点。

目前对适用于低排温工况的嵌入式ＳＣＲ系统

９］

，因此本文从低温反应动力学的模型的研究较少［

（

Ｅａｄｓ

）··（ｃ１－θＮＨＮＨ３３

ＲＴ

（）６

）

，ｅｅｘｒｐ－ＮＨｓ＝Ｋｄｅｓ·３ｄ

（

）Ｅｄ１－ε·θｅｓ·（ＮＨ３

·θＮＨ３

ＲＴ

（）７

）

角度出发，建立了一种可适用于低温工况的可嵌入式模型，并提出一种基于模型的控制策略。１　可嵌入式模型的建立１．１　化学反应动力学

为了完整描述Ｓ同时ＣＲ系统的瞬态响应特性，兼顾到Ｄ本文提出的嵌入式模型考ＣＵ的计算能力，标准Ｓ虑了ＮＨ３的吸附／解吸附反应，ＣＲ反应和ＮＨ３的氧化反应如下。

）ｓＮＨ３＋Ｓ→ＮＨ３（）ｓＮＨ３＋Ｓ→ＮＨ３（

）６Ｈ２Ｏ４ＮＨ３（４Ｎｓ＋４ＮＯ＋Ｏ２→２＋）４ＮＨ３（２Ｎｓ＋３Ｏ６Ｈ２Ｏ２→２＋

（）１（）２（）３（）４

，ｘｒ＝ＫＯ２·ｅｐ－ＮＨ３Ｏ２

（ＥＯ２

·θＮＨ３

ＲＴ）

（）８

１－

；式中，ｓＫａＥａ３吸附反应速率常数，ｄｓ为ＮＨｄｓ为

；／ＫｄｋＮＨ３吸附反应的活化能，ｌＪｍｏ３解吸ｅｓ为ＮＨ

３

）；（／附反应速率常数，·ｓＥｄｍｍｏｌ３解析附ｅｓ为ＮＨ

；／反应的活化能，ＫＯｌｋＪｍｏ３氧化反应的速率２为ＮＨ

３

）；（／·常数，ＥＯ２为ＮＨ３氧化反应的活化能，ｓｍｍｏｌ

。／ｌｋＪｍｏ１．２　催化器模型

目前对ＳＣＲ系统催化器模型化描述的研究很］／多，提出了多种建模方法，包括文献［提出的ＮＯ１３／文献［提出的全化学ＮＮＯ８］－ＮＨ３催化器模型、２２Ｏ

模型及文献［提出的考虑微孔结构的催化器模１４］型。但是，上述化学模型的计算速度较慢，无法直接应用于ＤＣＲ系统催化器看作多网ＣＵ中。本文将Ｓ，在每个网格内部格连续搅拌釜式反应器（ＴＲ）ＭＣＳ各处状态是均匀的。这一假设避免了在催化器模型中出现偏微分方程，满足ＤＣＵ对于模型计算速度的要求；同时又能反映出ＳＣＲ催化器内的化学反应过程。

根据质量守恒定律，对一个网格的模型化描述）如式（所示。９

对于中高温度范围（ＮＨ３选择还原８０℃）＞２］文献［提出的ＥＮＯ的机理，１０Ｒ反应机理被广泛认

可，但是该速率方程无法准确描述低温下开始和停止供应ＮＨ３时催化器出口ＮＯ的浓度变化；文献［］研究表明，低温Ｓ１１ＣＲ反应速率与临界ＮＨ３覆盖度有关，并提出了Ｍ文献［的进１２］θ反应动力学；一步研究表明，当温度低于２Ｏ５０℃时，２的浓度对反应速率有较大影响，并提出了一种更为复杂的反应）动力学，其反应速率方程如式（所示。５

ｅｘｒｐ－ＮＯ＝ＫＮＯ·

ｒＮＯ，ＮＯＮＯ＝ＮＯ－Ｉｎ－４

ＶＶ

·

·

·

（

ＥＮＯ＊

··ｃθＮＯ·ＮＨ３

ＲＴ

）

，ｄ，ｅｒｒＮＨ＝ＮＨ３，Ｉｎ－ｓ＋ｓ－ＮＨＮＨＮＨ３３ａ３ｄＶＶ３

·

·

·

（

θＮＨＴ－３δβ（ｃ１－ｅｘＯ－＊）·（ｐ２）θＮＨ３

）

（）５

，ｄ，ｅ，）ｒｒｒｒ＝·（ＮＨＮＨＮＨＮＯ－４ＮＨｓ－ｓ－４３３ａ３ｄ３Ｏ２

Θ（）９

３３

／；；式中，Ｍ为质量流量，Ｖ为网格体积，ｓｍｍΘ为３

。／储氨量受温度的影响较大，储氨量，在模型ｍｏｌｍ

３

）；（／·ｓ式中，ｒＫＮＯ为反应速ｍｍｏｌＮＯ为反应速率，１－

；；／率常数，ＥＮＯ为活化能，ｃＯ的浓ｌｓｋＪｍｏＮＯ为Ｎ３＊；／度，为临界ｍｏｌｍθθＮＨ３为ＮＨ３的表面覆盖率；ＮＨ３３

；／覆盖度；为Ｏｃｍｏｌｍδ和β为温度Ｏ２的浓度，２

系数。

）进行描述。中用式（１０

－２

ｅΘ＝Ｓ１·

Ｓ·Ｔ

（）１０

式中，Ｓ１和Ｓ２为温度系数。

本文使用的催化器结构参数如表１所示。

１５］

表明：在催化器内对本文所用催化器的研究［

本文在模型为了详细描述低温下的ＳＣＲ反应，。此外，中采用了速率方程式（模型中对于ＮＨ３５）吸附／解吸附和ＮＨ３的氧化反应速率的描述如式（））所示。６８～式（

部，在４ＳＣＲ反应主要发生在催化剂前端，０％位置。处ＮＯ文献［对图１）１６］５％（　ｘ转化效率已达到８