基于NOx反饋和儲氨預(yù)測的SCR催化器老化判定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于NOx反饋和儲氨預(yù)測的SCR催化器老化判定方法。本發(fā)明在國Ⅳ/歐Ⅳ柴油機SCR尾氣后處理系統(tǒng)現(xiàn)有傳感器及控制信號基礎(chǔ)之上，通過所采集的信號實時預(yù)測SCR催化器理論儲氨水平，結(jié)合催化器出口NOx反饋信號獲得催化器的實際儲氨能力預(yù)測值（活性涂層表面活性位密度），并與新鮮催化器理論參考值進行比較，從而得到量化的能夠衡量催化器老化程度的老化系數(shù)。催化器老化程度判定結(jié)果可直接用于尿素噴射單元尿素水噴射劑量控制和SCR系統(tǒng)催化器相關(guān)OBD故障診斷。
【專利說明】基于NOx反饋和儲氨預(yù)測的SCR催化器老化判定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種柴油機SCR催化器老化程度判定方法，具體涉及一種基于NOx傳 感器信號反饋和儲氨能力預(yù)測的SCR催化器老化程度判定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 機動車保有量與日俱增，柴油機具有載重量大、比油耗低、熱效率高等優(yōu)勢得以不 斷推廣。柴油機氮氧化物排放量較高，氮氧化物可導(dǎo)致肺部病變，并且是形成光化學(xué)煙霧和 酸雨的主要原因。隨著空氣污染日益加重，世界范圍內(nèi)排放法規(guī)日益嚴(yán)格。在眾多應(yīng)運而生 的改善排放技術(shù)路線中，以尿素分解產(chǎn)生的氨氣作為還原劑的選擇性催化還原技術(shù)（SCR) 不僅可以有效降低NOx排放量，而且作為后處理裝置，對發(fā)動機影響極小，燃油經(jīng)濟性較 好，對燃油和機油品質(zhì)要求較低，在歐洲、北美等地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 事實上，排氣產(chǎn)生的高溫環(huán)境、燃油中的硫等成分以及機油添加劑長期作用等因 素均會導(dǎo)致SCR催化器老化失活。評價SCR催化器老化失活的方式有很多比如傳統(tǒng)的溫度 窗口寬度，但該方法無法實現(xiàn)0BD在線監(jiān)測；另外還有NOx轉(zhuǎn)化效率的實時監(jiān)測，但NOx轉(zhuǎn) 化效率的下降與很多因素有關(guān)，不單單是催化劑本身。相比以上幾種評價方式，催化器的儲 氨水平評價催化器性能有著獨有的優(yōu)勢。
[0004] SCR催化器內(nèi)部活性涂層表面分布的活性位使其具有吸附還原劑氨氣的能力，吸 附氨氣能有效還原尾氣中的NOx排放物。新鮮SCR催化器由于具有較強的儲氨能力因而 NOx轉(zhuǎn)化效率高，老化后的SCR催化器則由于載體或涂層破壞等因素影響儲氨能力大幅下 降，最終影響整個SCR系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化效率。因此SCR催化器的儲氨水平和能力一定程度上 反應(yīng)了催化器的老化程度。
[0005] 我國目前針對國IV/歐IV排放法規(guī)的柴油機SCR尾氣后處理系統(tǒng)中未涉及也并不 需要氨氣傳感器，如何利用柴油機SCR尾氣后處理系統(tǒng)現(xiàn)有的傳感器及控制信號對SCR催 化器的儲氨能力以及老化程度進行預(yù)測具有很大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于NOx反饋和儲氨預(yù)測的SCR催化器 老化判定方法。
[0007] 本發(fā)明方法具體是：
[0008] 根據(jù)CAN總線上獲得發(fā)動機運行狀態(tài)信息，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油門開度，通過查 取排氣流量脈譜圖和NOx濃度三維脈譜圖，獲得當(dāng)前工況下的柴油機排氣體積流量和排氣 中NOx濃度，該NOx濃度即是進入SCR催化器的尾氣NOx濃度，根據(jù)當(dāng)前工況尿素水噴射流 量及柴油機排氣體積流量，獲得進入SCR催化器的尾氣NH3濃度。
[0009] NH3在流經(jīng)SCR催化器時存在吸附和脫附反應(yīng)，SCR催化器內(nèi)部伴隨著氨氣的吸附 和脫附、選擇性催化還原反應(yīng)的進行，其儲氨水平也在實時變化。SCR催化器的實時儲氨水 平通過求解下述儲氨模型獲得，該模型中氨氣吸附/脫附速率、NOx選擇性催化還原反應(yīng)速 率均由阿倫尼烏斯化學(xué)反應(yīng)速率方程表述，即：
[0010]

【權(quán)利要求】
I.基于NOx反饋和儲氨預(yù)測的SCR催化器老化判定方法，其特征在于該方法具體是： 根據(jù)CAN總線上獲得發(fā)動機運行狀態(tài)信息，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油口開度，通過查取排 氣流量脈譜圖和NOx濃度H維脈譜圖，獲得當(dāng)前工況下的柴油機排氣體積流量和排氣中 NOx濃度，該NOx濃度即是進入SCR催化器的尾氣NOx濃度，根據(jù)當(dāng)前工況尿素水噴射流量 及柴油機排氣體積流量，獲得進入SCR催化器的尾氣畑3濃度； 畑3在流經(jīng)SCR催化器時存在吸附和脫附反應(yīng)，SCR催化器內(nèi)部伴隨著氨氣的吸附和脫 附、選擇性催化還原反應(yīng)的進行，其儲氨水平也在實時變化；SCR催化器的實時儲氨水平通 過求解下述儲氨模型獲得，該模型中氨氣吸附/脫附速率、NOx選擇性催化還原反應(yīng)速率均 由阿倫尼烏斯化學(xué)反應(yīng)速率方程表述，即；
Ai、Ei為氨吸附反應(yīng)的頻率因子和活化能，A2、Es為氨脫附反應(yīng)的頻率因子和活化能、 As、Es為NOx還原反應(yīng)的頻率因子和活化能，A4、Ea氨氧化反應(yīng)的頻率因子和活化能；Caw，,,， 為催化器入口畑3濃度，單位為mol/m 3 ; Cw,.,-,,為催化器入口 NOx濃度，單位為mol/m3 ;R為 氣體常數(shù)；T為催化器載體溫度；e為SCR催化器內(nèi)部活性涂層表面氨覆蓋率： 根據(jù)催化器入口 NHs和NOx濃度、載體溫度采集信息W及催化器初始氨存儲狀態(tài)，通過 實時求解上述儲氨模型，可獲得實時SCR催化器內(nèi)部活性涂層表面氨覆蓋率0隨時間的變 化； 催化器儲氨能力預(yù)測計算： 首先，W脈譜圖查得的催化器入口 NOx濃度、排氣流量，催化器入口 NHs濃度，催化器載 體溫度，再結(jié)合由NOx傳感器獲得的SCR催化器出口 NOx濃度作為輸入量，得到催化器內(nèi)部 氨表面覆蓋濃度?'
其中，V,為體積空速，可根據(jù)排氣流量和催化器體積計算獲得；￡為孔隙率； 之后，根據(jù)當(dāng)前工況下計算得到的實時催化器內(nèi)部活性涂層表面氨覆蓋率0和氨氣 表面覆蓋濃度計算SCR催化器實際儲氨能力Q :
假定新鮮催化器儲氨能力參考值為Q。，則該催化器老化系數(shù)表示為：
Y位于0和1之間，Y越小，催化器老化越嚴(yán)重。


【文檔編號】F01N11/00GK104234802SQ201410334298
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】姚棟偉, 吳鋒, 魏錸, 戴佳偉, 李杏文, 干旭波 申請人:浙江大學(xué)