SCR 系统匹配与标定技术研究

SCR 系统匹配与标定技术研究

SCR 系统匹配和标定的目的是基于SCR 化学反应方程，在适当工况下在发动机与SCR 催化器之间的排气管路中喷入适量的尿素，并使之在起燃温度以上水解产生足量的NH3 与NOx 进行反应，满足发动机在稳态、瞬态等各种工况下的排放要求，提高尿素利用经济性，减少NH3 逃逸带来的二次污染。

一．稳态尿素喷射控制策略

首先确定目标NOx 转化量。测量发动机PM排放达标条件下，发动机全工况原始NOx 排放量，根据SCR 催化器的温度特性确定其转化效率范围，依据SCR 化学反应基本方程式，初步计算各工况点理论需要的尿素喷射量。引入α做为式（3）~（5）反应中NH3/NOx 摩尔比，理论值为1。即还原单位摩尔的NOx 需要相同摩尔量的NH3，由0.5 摩尔的尿素产生（质量30g）。尿素水溶液质量浓度为32.5%，因此，单位摩尔的NOx 所需的尿素质量为92.3g。

不同工况下每小时排气质量m0：

NOx质流量m1：

式中：K HD为大气温度和湿度校正系数，在进气空调控制发动机进气温度及湿度的条件下，一般为0.95-1.05 范围之内。不同工况下每小时NOx 排放摩尔量n。虽然根据国内外资料中分析，尾气排放NOx中NO2 约占10％，NO 约占90％。但0.001587 应来源于NO2、空气分子量之比，也即法规NOx 比排放计算中默认NOx 中全部为NO2

n = m /46

不同工况下尿素溶液需求喷射量m

m = n×92.3 = m1 / 46×92.3 ≈ 2m1

也即理想状态下消耗1g 的NOx，需要喷射约2g尿素水溶液。同时NOx 转化效率受SCR 催化器性能影响，应根据不同工况下SCR 催化器的温度、空速等特性进行校正。控制稳态NH3 逃逸量在10ppm 前提下，尿素水溶液消耗量与理论计算值非常贴近如图5，证明理论换算关系成立。

二．瞬态标定技术研究

瞬态工况下，发动机工况急剧变化，排温变化相对于催化器温度变化更为迅速，即发动机排放NOx 质量流量与SCR 催化器转化效率的改变存在不同步，后者滞后明显。单纯仅按照稳态喷射量控制，不能满足实际要求。瞬态标定策略的研究主要解决两种状况：发动机工况变化导致NOx 流量和排温剧增，稳态尿素喷射量紧随剧增，催化器仍保持较低的床温和转化效率，造成喷射量过量，导致NH3 泄漏量的激增；发动机工况变化导致NOx 流量和排温剧降，稳态尿素喷射量紧随剧降，催化器仍保持较高床温和转化效率，高转化效率特性得不到有效利用。

瞬态策略建立在稳态标定的基础上，稳态策略中确定各工况点的尿素喷射量和催化器下游温度。瞬态策略以实测催化器下游温度作为判断基准，根据实测催化器下游温度与稳态策略中确定的温度差异对尿素喷射量进行修正。当催化器实际温度大于稳态温度时，喷射量增加，削减NOx 峰值；当催化器实际温度低于稳态温度时，喷射量降低，削减NH3 峰值。

图6 按ESC 循环B 转速负荷短时间内从25%升至100%模拟瞬态控制，根据温度变化进行的瞬态修正控制，有效降低NOx 排放峰值，减少氨的逃逸。

此外，SCR 催化器会储存吸附一定量的NH3，在不同的温度/空速条件下储存NH3 的临界值有所不同。发动机工况变化时，催化器内部分储存的NH3 脱附，严重影响瞬态下NH3 逃逸控制。储氨及脱氨模型与催化器温度、NH3 浓度、NOx 浓度、空速、工况稳定时间均有关系，通过一定的校正算法对喷射量进行修正，对改善瞬态的逃逸具有较大实际意义。

据此根据以上稳态喷射量控制和瞬态修正，通过台架标定，发动机NOx ESC 比排放、ETC 比排放均满足欧IV3.5g/kw·h 限值要求，氨逃逸量稳态下小于25ppm，尿素消耗与燃油耗相比小于5%，具有较好的尿素利用经济性。