基于Simulink仿真的SCR化学反应动力学模型研究

陈伟 余国成 王再兴 刘屹

摘要：现阶段SCR（Selective Catalytic Reduction）技术是柴油机降低尾气中NOX的最主要手段之一。随着日趋严格的排放法规的实施，要求SCR后处理系统具备更精确更稳定的控制。基于化学反应动力学的氨储闭环模型是SCR系统尿素喷射控制策略的研究方向之一。本文基于Matlab/Simulink建立的SCR化学反应模型，结合台架及整车试验，可以更高效的优化调整各反应参数，从而使得整个SCR控制系统的精确度、灵活性以及稳定性进一步提高。

Abstract： Recently， SCR （Selective Catalytic Reduction） technology is one of the most important means to reduce NOx in diesel engine exhaust. With the implementation of increasingly strict emission regulations， SCR post-treatment system is required to have more accurate and stable control. Closed loop model of ammonia storage based on chemical reaction kinetics is one of the research directions of urea injection control strategy in SCR system. In this paper， based on the SCR chemical reaction model established by Matlab / Simulink， combined with bench test and vehicle test， the reaction parameters can be optimized and adjusted more efficiently.Thus，the accuracy， flexibility and stability of the whole SCR control system are further improved.

關键词：SCR;排放;氨储闭环模型

Key words： SCR;emission;closed loop model of ammonia storage

中图分类号：U664.121                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）18-0034-04

0  引言

随着世界各国环保意识的增强，内燃机排放污染物的控制被广泛的讨论研究，同时为了应对日趋严格的排放法规，各大厂商均采用更加先进的产品技术，以满足今后环保的更高要求。对于缸外减排技术，国六轻型柴油车后处理技术路线主要是DOC+DPF+SCR+ASC。其中SCR技术是降低尾气中氮氧化物的最主要手段之一，是通过尿素泵将32.5%浓度的尿素水溶液精确喷射至排气管中，在高温下尿素水溶液水解热解生成NH3，NH3在催化剂的催化作用下，与尾气中的NOX反应，生成氮气和水。

为了保证排放结果的一致性及最大程度的数据覆盖性，需要一套精准的SCR控制模型，基于模型的SCR控制技术关键在于物理模型的搭建。SCR系统模型主要包括催化剂床温模型、化学反应动力学模型以及氨储模型等，其中难点又在于SCR化学反应动力学模型的建立。该模型的建立从SCR催化器催化还原氮氧化物的化学反应机理着手，对系统内部的化学反应进行简化分析，并以质量守恒定理、理想气体方程、阿伦尼乌斯公式等为基础，建立了系统内部各气体的浓度方程，从而得到SCR催化器内部的化学反应动力学模型。……