基于AMESim/Simulink的SCR系统控制策略研究
发布时间：2021-02-28 00:48
针对重型柴油机尿素选择性催化还原（SCR）系统,在AMESim软件中搭建了SCR催化器模型,分别在欧洲稳态测试循环（ESC）和欧洲瞬态测试循环（ETC）下进行了验证。结果表明证明除个别工况外,模型误差均在10%以内,符合控制精度要求。在Simulink里建立了闭环控制模型,通过建立的AMESim和Simulink联合仿真平台,在ESC和ETC测试循环下验证了控制模型的控制效果。计算和试验结果表明,此闭环控制策略能够使NOx消除率达75%且NH3的平均泄漏体积分数小于10×10-6。
【文章来源】：内燃机工程. 2016,37(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１基于ＡＭＥＳｉｍ的ＳＣＲ系统模型发动机排放部分用到的主要排放参数有排气温
２０１６年第３期内燃机工程（６）～式（１０）计算得到，则ＮＯｘ浓度修正计算方法的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型如图３所示。图３ＮＯｘ测量浓度修正模型２．３模型验证在验证模型时，通过前期的试验工作发现在较好控制ＮＨ３和ＮＯｘ排放时，ＳＣＲ入口的氨氮比约为０．８，因此按催化器入口氨氮比为０．６、０．８、１．０喷入尿素，以测试模型在催化器各工作氨氮比时的精度，并分别进行ＥＳＣ、ＥＴＣ测试，对比催化器下游ＮＯｘ浓度和ＮＨ３浓度的试验值和计算值，测试模型在不同氨氮比时的稳态和瞬态性能。２．３．１ＥＳＣ测试运行ＥＳＣ测试模块，提取出１３工况（由于怠速温度未达到喷射温度，故只取了后１２工况）最后稳定点的ＮＯｘ浓度和ＮＨ３浓度并与试验值进行比较。如图４所示，在稳态测试时，ＮＯｘ浓度和ＮＨ３浓度计算值和试验值偏差很小，在大氨氮比时误差稍大，但在实际应用中很少采用这样大的氨氮比，且模型的总体误差在５％以内，证明了模型稳态时的准确性。２．３．２ＥＴＣ测试运行ＥＴＣ测试模块，对比１８００个工况点ＮＯｘ和ＮＨ３排放的计算值和试验值，观察模型的瞬态性能。如图５所示，由于测试循环工况变化剧烈，各工况持续时间短，且试验测量具有延迟性，模型与试验的误差比较大，但除个别工况变化极剧烈的点外，入口氨氮比为０．６和０．８时模型平均误差约为７％，入口氨氮比为１．０时模型平均误差约为９％，即模型的总体误差在１０％以内，用来设计控制系统是满足要求的。ＳＣＲ模型的Ｅ
２０１６年第３期内燃机工程图７ＥＳＣ测试催化器上游ＮＯｘ浓度、下游ＮＯｘ浓度计算和试验值对比及下游ＮＨ３浓度计算和试验值对比图８ＥＴＣ测试催化器上游、下游ＮＯｘ浓度对比及下游ＮＯｘ浓度计算和试验值对比由图７可以看出，在ＥＳＣ测试循环中，ＮＯｘ消除效果良好，转化效率在８０％左右，最高能达到９０％。总体上，稳态测试循环ＮＯｘ的比排放量计算值为１．３５２ｇ／（ｋＷ·ｈ），试验值为１．４４３ｇ／（ｋＷ·ｈ），同时ＮＨ３的泄漏量体积分数计算值为６．５×１０－６，试验值为６．２４×１０－６，说明稳态下该闭环控制策略能够满足国－Ⅴ排放标准的要求。图９尿素喷射量和下游ＮＨ３浓度对比及下游ＮＨ３计算和试验值对比从图８和图９可以看出，在ＥＴＣ测试循环中，前１２００ｓ发动机工况波动较大，催化器上游ＮＯｘ排放较高，为了清除ＮＯｘ尿素的喷射量也相对较大，因而下游氨气泄漏量较大，平均泄漏量体积分数计算值为８．７×１０－６，试验值为８．２８×１０－６。由于排气温度较高，此时ＮＯｘ的转化率较高，总体在７５％左右，部分工况最高能达到９０％，ＮＯｘ的比排放量计算值为１．８９ｇ／（ｋＷ·ｈ），试验值为１．９６ｇ／（ｋＷ·ｈ）。在１２００～１８００ｓ，发动机负荷降低，ＮＯｘ排放量降低，排气温度降低，尿素的喷射量也减少，此时ＮＯｘ转化率较低，总体转化率只有５５％，比排放量计算值为１．９５ｇ／（ｋＷ·ｈ），
【参考文献】：
期刊论文
[1]SCR控制策略研究[J]. 王洪荣,王永富,欧祖方. 汽车工程学报. 2011(04)
[2]重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究[J]. 胡静,赵彦光,陈婷,陈镇,张云龙,帅石金,王建昕. 内燃机工程. 2011(02)
[3]重型柴油机SCR后处理系统尿素喷射电子控制单元开发[J]. 胡静,赵彦光,陈婷,陈镇,张云龙,帅石金,王建昕. 内燃机工程. 2011(01)
[4]利用SCR技术降低车用柴油机NOx排放的控制策略研究[J]. 佟德辉,李国祥,陶建忠. 车用发动机. 2009(05)
本文编号：3055051
【文章来源】：内燃机工程. 2016,37(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１基于ＡＭＥＳｉｍ的ＳＣＲ系统模型发动机排放部分用到的主要排放参数有排气温
２０１６年第３期内燃机工程（６）～式（１０）计算得到，则ＮＯｘ浓度修正计算方法的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型如图３所示。图３ＮＯｘ测量浓度修正模型２．３模型验证在验证模型时，通过前期的试验工作发现在较好控制ＮＨ３和ＮＯｘ排放时，ＳＣＲ入口的氨氮比约为０．８，因此按催化器入口氨氮比为０．６、０．８、１．０喷入尿素，以测试模型在催化器各工作氨氮比时的精度，并分别进行ＥＳＣ、ＥＴＣ测试，对比催化器下游ＮＯｘ浓度和ＮＨ３浓度的试验值和计算值，测试模型在不同氨氮比时的稳态和瞬态性能。２．３．１ＥＳＣ测试运行ＥＳＣ测试模块，提取出１３工况（由于怠速温度未达到喷射温度，故只取了后１２工况）最后稳定点的ＮＯｘ浓度和ＮＨ３浓度并与试验值进行比较。如图４所示，在稳态测试时，ＮＯｘ浓度和ＮＨ３浓度计算值和试验值偏差很小，在大氨氮比时误差稍大，但在实际应用中很少采用这样大的氨氮比，且模型的总体误差在５％以内，证明了模型稳态时的准确性。２．３．２ＥＴＣ测试运行ＥＴＣ测试模块，对比１８００个工况点ＮＯｘ和ＮＨ３排放的计算值和试验值，观察模型的瞬态性能。如图５所示，由于测试循环工况变化剧烈，各工况持续时间短，且试验测量具有延迟性，模型与试验的误差比较大，但除个别工况变化极剧烈的点外，入口氨氮比为０．６和０．８时模型平均误差约为７％，入口氨氮比为１．０时模型平均误差约为９％，即模型的总体误差在１０％以内，用来设计控制系统是满足要求的。ＳＣＲ模型的Ｅ
２０１６年第３期内燃机工程图７ＥＳＣ测试催化器上游ＮＯｘ浓度、下游ＮＯｘ浓度计算和试验值对比及下游ＮＨ３浓度计算和试验值对比图８ＥＴＣ测试催化器上游、下游ＮＯｘ浓度对比及下游ＮＯｘ浓度计算和试验值对比由图７可以看出，在ＥＳＣ测试循环中，ＮＯｘ消除效果良好，转化效率在８０％左右，最高能达到９０％。总体上，稳态测试循环ＮＯｘ的比排放量计算值为１．３５２ｇ／（ｋＷ·ｈ），试验值为１．４４３ｇ／（ｋＷ·ｈ），同时ＮＨ３的泄漏量体积分数计算值为６．５×１０－６，试验值为６．２４×１０－６，说明稳态下该闭环控制策略能够满足国－Ⅴ排放标准的要求。图９尿素喷射量和下游ＮＨ３浓度对比及下游ＮＨ３计算和试验值对比从图８和图９可以看出，在ＥＴＣ测试循环中，前１２００ｓ发动机工况波动较大，催化器上游ＮＯｘ排放较高，为了清除ＮＯｘ尿素的喷射量也相对较大，因而下游氨气泄漏量较大，平均泄漏量体积分数计算值为８．７×１０－６，试验值为８．２８×１０－６。由于排气温度较高，此时ＮＯｘ的转化率较高，总体在７５％左右，部分工况最高能达到９０％，ＮＯｘ的比排放量计算值为１．８９ｇ／（ｋＷ·ｈ），试验值为１．９６ｇ／（ｋＷ·ｈ）。在１２００～１８００ｓ，发动机负荷降低，ＮＯｘ排放量降低，排气温度降低，尿素的喷射量也减少，此时ＮＯｘ转化率较低，总体转化率只有５５％，比排放量计算值为１．９５ｇ／（ｋＷ·ｈ），
【参考文献】：
期刊论文
[1]SCR控制策略研究[J]. 王洪荣,王永富,欧祖方. 汽车工程学报. 2011(04)
[2]重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究[J]. 胡静,赵彦光,陈婷,陈镇,张云龙,帅石金,王建昕. 内燃机工程. 2011(02)
[3]重型柴油机SCR后处理系统尿素喷射电子控制单元开发[J]. 胡静,赵彦光,陈婷,陈镇,张云龙,帅石金,王建昕. 内燃机工程. 2011(01)
[4]利用SCR技术降低车用柴油机NOx排放的控制策略研究[J]. 佟德辉,李国祥,陶建忠. 车用发动机. 2009(05)
本文编号：3055051
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