第4期（总第231期） 2017年8月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 4 (Serial No 231)
Aug2017
面向控制的SCR催化转化器温度模型
滕勤”，吴若男”，马标
(1合肥工业大学汽车与交通工程学院，安徽合肥230009；2安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
摘要：为了建立面向控制的SCR催化器温度模型，根据能量守恒和质量守恒方程并考虑热平衡中所涉及的换热过程不同建立了4种SCR催化器温度的数学模型，并利用Matlab/Simulink构建图形化的计算模型。采用柴度和计算时间3个指标对模型进行评价和比较。结果表明，考虑催化器与废气和周围环境对流换热的温度模型具有良好的预测精度和实时性，更适合用于SCR控制策略。
关键词：柴油机；选择性催化还原；温度模型 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2017 04 006
中图分类号：TK4115
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)04-0026-05
选择性催化还原（SCR)已成为当今降低中、重型柴油机NO，排放的主流技术,对SCR后处理系统的基本要求是，在不同的发动机工况下，尽可能提高NOX转化率，并使氨气的泄漏量不超过法规限值,其关键在于尿素喷射量的精确控制。然而,SCR 催化器温度直接影响载体的储氨能力和N其3与 NO，的反应速率,NO，转化效率对催化器温度比氨氮比更敏感"，因此，尿素喷射量必须根据SCR 催化器温度来修正。但由于SCR催化器载体温度无法直接测量，只能通过适当的方法对其进行预测
考虑到目前车用柴油机SCR系统仅在催化器上游安装一个温度传感器，如果采用该传感器的测量值代替催化器温度，将带来很大的估计偏差，无其是在瞬态工况。为此，在基于模型的SCR控制策略中，通常采用一个模型来预测催化器温度
按照热平衡方程中所涉及的换热过程，常用的
SCR催化器温度模型分为三类：一是只考虑催化器与废气和外界环境的对流换热；二是只考虑催化器与废气的对流换热和与外界环境的辐射散热[3-6」；三是在上述两者的基础上增加反应热7-]。由于模型复杂度将会影响物理变量的计算时间，因此，对于面向控制的模型，需要在实时性与计精度之间进行权衡。本研究考虑不同的换热条件，根据能量守恒和质量守恒方程，建立不同的SCR催化器温度的数学模型，并利用Matlab/Simulink构建模块化和图形化的计算模型，基于欧洲稳态测试循环（ESC，
收稿日期：2017-03-04；修回日期：2017-06-12
Europeansteady-statecycle）和欧洲瞬态测试循环(ETC，Europeantransientcycle）的柴油机台架实测数据，对模型进行检验和比较，以寻求适合于控制的模型形式。
SCR控制策略的基本结构
SCR控制策略的功能是根据不同的发动机工况计算所需的尿素溶液喷射量，一般采用前馈与反馈相结合的控制方式。按照模块化原则，基于模型的SCR控制策略主要包括稳态前馈控制、动态补偿和反馈控制三部分(见图1)。
发动机温度继化器人口温度
油量发动机控计
稳态模型温度模型 NO浓度预测模型
设定的尿索基本喷射量
催化器内温度
氨气存循模型
尿素喷量
O
++ 动态修正系数
NO预测值
PI控制器
NO传感器信号
图1SCR闭环控制策略
稳态模型通常由一系列查询表组成，包括根据喷油量与发动机转速确定的基本尿素喷射量MAP，分别基于SCR催化器老化状态和发动机温度确定的修正MAP。
瞬态模型由催化器温度模型、NO：浓度预测模型和氨存储模型构成，用于储氨修正和升温延退修
作者简介：膝勤（1962—），男，博士，副教授，主要研究方向为内燃机电控技术；tengqin_7348@163com，