柴油機SCR系統(tǒng)NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布規(guī)劃方法

謝 輝，孫曉東，嚴(yán) 英，凌 健，馬紅杰

(天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室，天津 300072)

柴油機SCR系統(tǒng)NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布規(guī)劃方法

謝 輝，孫曉東，嚴(yán) 英，凌 健，馬紅杰

(天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室，天津 300072)

采用SCR技術(shù)，可以使NOx比排放滿足排放法規(guī)要求．然而，各個工況NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的分布設(shè)定，對NH3的綜合比消耗存在很大的影響．為此，分析了ESC穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)利用優(yōu)化NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布的方法降低NH3比消耗的可行性，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建立了以NOx比排放和NH3平均滑失濃度限制作為邊界條件、以最小NH3平均比消耗作為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)描述模型．針對此模型，給出了最優(yōu)解的求解方法．采用上述優(yōu)化模型，在離線模式下得到了最優(yōu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布MAP，并通過發(fā)動機臺架實驗進行了ESC實驗循環(huán)驗證．結(jié)果表明，采用該優(yōu)化方法可以節(jié)省10%～20%的NH3消耗量．

柴油機SCR控制；NH3比消耗；分布規(guī)劃；NOx轉(zhuǎn)化率分布

柴油機比汽油機有更高的燃燒熱效率，動力性和經(jīng)濟性也更好[1]．然而柴油機中氮氧化物(NOx)和微粒(PM)存在Trade-off關(guān)系．降低NOx和PM排放，是柴油機排放控制技術(shù)面臨的主要問題[2]．在眾多降低排放的技術(shù)中，選擇性催化還原(selective catalytic reduction，SCR)技術(shù)是重型柴油機實現(xiàn)歐Ⅳ及以上排放法規(guī)的主要技術(shù)路線之一[3-4]．在降低NOx排放的同時，SCR還可以降低柴油機機內(nèi)凈化的難度，提高燃油經(jīng)濟性2%～3%[5-8]．

SCR系統(tǒng)是一個集物理化學(xué)反應(yīng)過程于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，需要與發(fā)動機協(xié)調(diào)工作才能達到更好的轉(zhuǎn)化效果．SCR催化劑存在一個高效溫度窗口，在此溫度區(qū)間內(nèi)，NOx的轉(zhuǎn)化率較高．溫度過高或過低都會造成NOx轉(zhuǎn)化率降低以及NH3的消耗增加．原機NOx排放與排氣溫度主要由發(fā)動機的運行工況決定，而發(fā)動機運行工況與催化器的高效溫度窗口并非完全匹配．在特定工況下，達到設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率需要消耗大量的NH3，甚至無法達到設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率；因此，各個工況下的NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布要進行全局匹配與優(yōu)化，在滿足排放法規(guī)要求的同時，降低NH3的平均消耗量．在實際工程應(yīng)用中，目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布通常選取兩種方法確定：一是根據(jù)原機NOx綜合比排放與排放法規(guī)的限值得到平均轉(zhuǎn)化率，作為各個工況的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率；另一種是根據(jù)各個工況下的NOx比排放與法規(guī)限值確定各自的臨界轉(zhuǎn)化率．兩種方法都未從NH3的平均消耗量角度進行優(yōu)化．本文提出了以降低NH3平均消耗量為目標(biāo)的轉(zhuǎn)化率分布確定方法．

目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布優(yōu)化模型要同時滿足NOx比排放限制和NH3平均滑失濃度限制兩個約束條件，并且建立優(yōu)化目標(biāo)與邊界條件之間的定量關(guān)系．本文從實驗數(shù)據(jù)入手，建立了以NOx比排放和NH3滑失濃度限制為邊界條件、以NH3的平均比消耗量為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化問題數(shù)學(xué)描述模型，在歐洲穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)(European steady state cycle，ESC)中針對穩(wěn)態(tài)工況的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布優(yōu)化結(jié)果進行了實驗驗證．

1 NOx轉(zhuǎn)化率分布優(yōu)化問題的提出

1.1 臺架實驗環(huán)境

筆者搭建的發(fā)動機臺架實驗方案及主要采集參數(shù)如圖1所示．

圖1 發(fā)動機臺架示意Fig.1 Engine test bench

實驗對象為某發(fā)動機廠的12,L重型柴油機，原機排放達到國Ⅲ水平，為了達到國Ⅳ排放法規(guī)要求，對主要控制參數(shù)進行了調(diào)整，使PM達到法規(guī)要求，NOx排放較原機有一定程度的升高．發(fā)動機及臺架測控儀的基本參數(shù)如表1所示．實驗采用的SCR計量噴射系統(tǒng)為博世公司DeNOx2.0,SCR后處理系統(tǒng)總成，SCR計量控制單元為課題組自行設(shè)計與開發(fā)．發(fā)動機尾氣分析采用AVL公司FTIR氣體分析儀．

表1 發(fā)動機臺架基本參數(shù)Tab.1 Basic configuration of engine test bench

1.2 ESC測試循環(huán)

本文主要對ESC穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)過程中各個工況點的NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布問題進行研究．按照國標(biāo)GB 17691—2005的相關(guān)規(guī)定，ESC穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)的工況要根據(jù)發(fā)動機的外特性確定3個特征轉(zhuǎn)速A、B、C，在每個轉(zhuǎn)速下分別選取25%、50%、75%和100%的負(fù)荷工況點，再結(jié)合怠速工況構(gòu)成了ESC 13工況點[9].本研究實驗對象的ESC 13工況分布如表2所示．

根據(jù)國標(biāo)GB 17691—2005中的相關(guān)定義，ESC測試循環(huán)的NOx綜合比排放定義為

表2 ESC穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)工況分布Tab.2 Distribution of ESC operation conditions

NH3的滑失指催化劑下游隨尾氣排出的NH3，對于NH3的滑失濃度，排放法規(guī)要求平均滑失濃度在10×10-6以下，峰值濃度在25×10-6以下．

根據(jù)排放法規(guī)中比排放指標(biāo)的定義可知，在特定的原機排放特性下，使NOx比排放達到排放法規(guī)要求的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布存在無數(shù)種組合．為此，需要制定一定的評價指標(biāo)來評價不同的分布組合．

1.3 NH3比消耗優(yōu)化指標(biāo)

為了歸納出優(yōu)化指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達式并建立其與NOx比排放之間的定量關(guān)系，定義NOx轉(zhuǎn)化率、NH3供給比和氨氮消耗比．

NOx轉(zhuǎn)化率指穩(wěn)態(tài)工況下轉(zhuǎn)化的NOx占NOx原機排放量的百分比，即

NH3供給比是指穩(wěn)態(tài)工況下NH3的實際噴射量與完全還原當(dāng)前工況NOx所需NH3的理論噴射量之比．由于NH3與NOx的化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量比為1∶1，所以NH3的供給比可以定義為NH3的噴射量與NOx的原機排放量之比，即

氨氮消耗比是指NH3的噴射量與NOx的還原量之比，即實際反應(yīng)過程中還原單位量的NOx所需噴射NH3的量，即

根據(jù)定義，NOx轉(zhuǎn)化率、NH3供給比與氨氮消耗比之間存在

參考NOx比排放的定義，筆者提出了NH3平均比消耗量作為評價各個工況下不同的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布的指標(biāo)，其定義為

NH3比消耗量表征了滿足排放法規(guī)的前提下，發(fā)動機做單位功所消耗的NH3的質(zhì)量，其值越小，表明NH3的平均消耗率越低．

2 優(yōu)化模型的建立

2.1 目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布優(yōu)化可行性分析

依據(jù)上述提出的指標(biāo)，本文提出的優(yōu)化方法是在滿足排放法規(guī)的前提下，優(yōu)化各個工況的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布，使NH3綜合比消耗最小．由于排放法規(guī)對NOx的綜合比排放和NH3的平均滑失濃度都有限制，此優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為以NOx的綜合比排放和NH3的平均滑失濃度為邊界條件、以NH3的綜合比消耗量最小為目標(biāo)的優(yōu)化問題．

對于給定的發(fā)動機，其原機排放特性是確定的．此時，NOx的綜合比排放和NH3的平均滑失濃度與各個工況下的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率有關(guān)，而NH3的綜合比消耗量則與各個工況的NH3供給比有關(guān)．求解此優(yōu)化問題的關(guān)鍵是建立邊界條件與優(yōu)化目標(biāo)之間的定量關(guān)系．根據(jù)前述分析可知，給定穩(wěn)態(tài)工況下，NOx的轉(zhuǎn)化率與NH3的供給比之間可以通過氨氮消耗比建立定量關(guān)系．確定各個工況下的氨氮消耗比是求解此優(yōu)化問題的關(guān)鍵．

理論上，SCR的主要反應(yīng)機理中，NH3與NOx的消耗比均為1∶1．實際反應(yīng)過程中，噴射的“添藍”(32.5%的尿素水溶液)要經(jīng)過熱解與水解過程轉(zhuǎn)換為NH3，同時NH3與NOx的催化還原過程存在一些副反應(yīng)，使噴射的NH3與被還原的NOx之間并非呈1∶1的理論當(dāng)量比關(guān)系．因此，需依據(jù)實驗結(jié)果得到各個工況下的實際氨氮消耗比．

2.2 NOx轉(zhuǎn)化率與氨氮消耗比的定量關(guān)系

為了確定各個工況下的實際氨氮消耗比，開展如下實驗：穩(wěn)態(tài)工況下設(shè)定不同的NH3噴射量作為實驗點，采用NH3供給比定義每個實驗點，得到NOx排放流量隨NH3供給比的變化歷程．圖2所示為轉(zhuǎn)速1,900,r/min、75%負(fù)荷工況的實驗結(jié)果．

從實驗結(jié)果可知，NOx排放流量和比排放與NH3供給比基本呈線性遞減．

將NH3的噴射流量與NOx的轉(zhuǎn)化流量做比值可以得到氨氮消耗比的歷程曲線，從而精確得到NOx轉(zhuǎn)化率與NH3供給比的定量關(guān)系，如圖3所示．

從氨氮消耗比的歷程曲線可以看出，穩(wěn)態(tài)工況下，NH3供給比在一定區(qū)間內(nèi)，氨氮消耗比可以近似擬合為常量，此區(qū)間稱為線性區(qū)間．對線性區(qū)間內(nèi)的氨氮消耗比取平均值，如圖3中的虛線所示，此特征值可作為當(dāng)前穩(wěn)態(tài)工況的平均氨氮消耗比，即iα．

平均氨氮消耗比在線性區(qū)間內(nèi)建立了NH3供給比與NOx轉(zhuǎn)化率之間的定量關(guān)系，利用此關(guān)系擬合得到的NOx轉(zhuǎn)化率與實際NOx轉(zhuǎn)化率對比曲線如圖3所示．

圖3 穩(wěn)態(tài)工況下氨氮消耗比的歷程曲線Fig.3 Curve of NH3/nitrogen consumption rate process during steady conditions

采用同樣的方法，分別確定其他穩(wěn)態(tài)工況點的平均氨氮消耗比．在利用實驗數(shù)據(jù)確定平均氨氮消耗比的研究過程中，對于每個穩(wěn)態(tài)工況，平均氨氮消耗比近似擬合為常量的前提是在一定的線性供給比區(qū)間．利用擬合得到的平均氮氨消耗比，結(jié)合式(5)，將線性供給比區(qū)間邊界轉(zhuǎn)換為目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的線性區(qū)間，可以得到額外的邊界條件，即目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的線性區(qū)間．最終確定的ESC 13工況點中除怠速以外的其他12個穩(wěn)態(tài)工況點的平均氨氮消耗比分布如圖4所示.

圖2 NOx排放流量與α 關(guān)系Fig.2 Relation between NOxemission flow and α

結(jié)合之前的分析，各個工況點平均氨氮消耗比的偏差程度是決定優(yōu)化域度的主要因素．從結(jié)果上看，平均氨氮消耗比偏差較大的是3個大負(fù)荷工況轉(zhuǎn)速A負(fù)荷率100%(A100)、轉(zhuǎn)速B負(fù)荷率100%(B100)和轉(zhuǎn)速C負(fù)荷率100%(C100)．由此可知，大負(fù)荷目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的分布是影響NH3平均比消耗的主要因素.

圖4 ESC工況點(非怠速)的平均氨氮消耗比分布Fig.4Distribution of average NH3/nitrogen consumption rate in ESC cycle(except idle condition)

2.3 平均氨氮消耗比的分布規(guī)律

為進一步研究平均氨氮消耗比的分布規(guī)律，選取同一轉(zhuǎn)速、不同負(fù)荷各個工況點的平均氨氮消耗比進行研究．本文選取1,300,r/min、不同排氣溫度的工況序列，得到平均氨氮消耗比與催化劑平均溫度的關(guān)系曲線，如圖5所示.

圖5 平均氨氮消耗比r與催化器溫度的關(guān)系Fig.5 Relation between average r and catalyst temperature

從實驗結(jié)果可知，平均氨氮消耗比呈現(xiàn)明顯的中低溫特性與高溫特性．在中低溫區(qū)域，平均氨氮消耗比基本接近理論當(dāng)量比1；在高溫區(qū)域，平均氨氮消耗比明顯增加，且隨著溫度升高持續(xù)上升．

圖6為中低溫區(qū)域平均氨氮消耗比隨催化劑溫度的變化歷程曲線．在中低溫區(qū)域，平均氨氮消耗比在溫度較低時略有增加，這主要是由于“添藍”到NH3的轉(zhuǎn)化過程要經(jīng)過熱解和水解，低溫會影響“添藍”的熱解率．

圖7為高溫區(qū)域平均氨氮消耗比隨溫度的變化歷程曲線．在高溫區(qū)域，平均氨氮消耗比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論當(dāng)量比，且隨著溫度升高急劇上升．這主要是由于在高溫下，大量的NH3被排氣中的氧直接氧化，造成噴射的NH3遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)掉的NOx，平均氨氮消耗比驟增．

圖6 中低溫區(qū)域平均氨氮消耗比r與溫度的關(guān)系Fig.6 Relation between average r and catalyst temperature in mid-low temperature region

圖7 高溫區(qū)域平均氨氮消耗比r與溫度的關(guān)系Fig.7 Relation between average r and catalyst temperature in high temperature region

2.4 NH3滑失量與氨氮消耗比的關(guān)系

利用平均氨氮消耗比可以建立NH3噴射流量與NOx反應(yīng)量之間的關(guān)系．排放法規(guī)中除了對NOx比排放的限制外，還對NH3的平均滑失濃度進行了限制，因此還需要建立NH3的滑失濃度與噴射量之間的定量關(guān)系．圖8為同一穩(wěn)態(tài)工況下NH3的噴射流量、NOx的轉(zhuǎn)化量和NH3滑失量之間的關(guān)系．結(jié)果表明，NH3的噴射流量不等于NOx的轉(zhuǎn)化量與NH3的滑失量之和．

由實驗結(jié)果可知，NH3的滑失量與噴射量之間沒有明顯的定量關(guān)系．為了將NH3的平均滑失濃度限制體現(xiàn)到優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中，首先分析一下穩(wěn)態(tài)工況下NH3的滑失原理．

圖9為中低溫穩(wěn)態(tài)工況NH3的滑失過程分析，整個過程可以分為4個階段．

(1) 穩(wěn)態(tài)平衡階段．NH3的噴射量與NOx的反應(yīng)量之間達到動態(tài)平衡，NOx排放濃度基本保持不變，NH3幾乎沒有滑失．

(2) 平衡態(tài)過渡階段．額外增加NH3的噴射量，NH3與NOx之間的動態(tài)被打破，NOx的轉(zhuǎn)化率升高，排放濃度降低．

圖8 NH3噴射流量、NOx轉(zhuǎn)化量與NH3滑失量之間的關(guān)系Fig.8Relation between NH3dosing flow，NOxconvertion flow and NH3slip flow

(3) 吸附存儲階段．NOx的轉(zhuǎn)化率接近100%．然而過量的NH3并沒有立即滑失，而是被催化器吸附存儲．

(4) 飽和滑失階段．催化器的儲氨容量達到飽和，過量的NH3開始大量滑失．

圖9 中低溫穩(wěn)態(tài)工況NH3的滑失歷程Fig.9 NH3slip process in mid-low temperature region

圖10 為高溫穩(wěn)態(tài)工況NH3的滑失過程分析．從結(jié)果上看，整個實驗歷程，即使是NH3供給過量時，催化器下游的NH3滑失濃度依然很?。@主要是由于高溫下NH3的直接氧化反應(yīng)所占比重很大，噴射的NH3大部分被直接氧化，再加之NOx催化還原反應(yīng)，幾乎沒有過量的NH3滑失．

圖10 高溫穩(wěn)態(tài)工況NH3的滑失歷程Fig.10 NH3slip process in high temperature region

2.5 優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)描述

經(jīng)過以上分析，穩(wěn)態(tài)工況下，在NOx轉(zhuǎn)化率線性區(qū)間內(nèi)，可以通過氨氮消耗比建立NH3消耗量與NOx轉(zhuǎn)化率之間的定量關(guān)系，同時NH3的滑失可以通過限定最高目標(biāo)轉(zhuǎn)化率來保證．基于上述條件，可以建立目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的分布優(yōu)化數(shù)學(xué)描述模型．

邊界條件如下所述．

(1) NOx比排放限制為

(2) 氨氮消耗比線性區(qū)間限制為

(3) NH3滑失限制為

邊界條件(2)和(3)可以合并取交集，即

優(yōu)化目標(biāo)表達式為

3 最優(yōu)解求解

為了求得精確解，首先從邊界條件和優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)表達式出發(fā)，進行一定的轉(zhuǎn)換．

定義中間變量

則NOx比排放邊界條件可以轉(zhuǎn)換為

式中xC為常數(shù)，其值與發(fā)動機的原機排放相關(guān)．

目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的限定區(qū)間邊界條件同樣可轉(zhuǎn)換為

式中Xmin,i和Xmax,i可以根據(jù)式(12)的定義得到．優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)換為

經(jīng)過上述轉(zhuǎn)化以后，即可對最優(yōu)解的存在性、唯一性以及精確解的求解等問題進行解釋．

存在性判斷準(zhǔn)則(充要條件) 當(dāng)且僅當(dāng)式(16)的條件滿足時存在最優(yōu)解．

唯一性判斷準(zhǔn)則(充分條件) 在存在最優(yōu)解的前提下，當(dāng)滿足式(17)的條件時，最優(yōu)解是唯一的．

精確解求解過程如下．

首先，對各個穩(wěn)態(tài)工況的平均氨氮消耗比進行排序，對于本研究過程，其實驗結(jié)果有

從平均氨氮消耗比最小的工況點開始，本文研究過程為A50工況，對應(yīng)的XA50要取盡量大的值，這樣可以在保證排放法規(guī)限值的同時，使NH3的比消耗量更?。渥畲髽O值的確定受兩方面限制：一是A50工況點自身的取值區(qū)間上限Xmax,A50；二是由剩余的其他工況點全部取最小目標(biāo)轉(zhuǎn)化率時得到的A50最大目標(biāo)轉(zhuǎn)化率，對應(yīng)的X為CX?∑Xmin,!A50，其中Xmin,!A50表示除A50工況點以外的其他所有工況點的最小目標(biāo)轉(zhuǎn)化率對應(yīng)的X．最終A50工況的X極大值為

確定A50工況點的XA50以后，根據(jù)式(12)，可以得到相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率λA50．根據(jù)其極值的取值不同，其余工況點的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率的確定分為以下兩種情況：

(1) 若XA50=Xmax,A50，則按照相同的方法確定其余工況點的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率；

4 優(yōu)化結(jié)果對比與分析

4.1 3種目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布的NH3平均比消耗對比

按照上述方法，得到優(yōu)化的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布如圖11所示．為了評價優(yōu)化后的NH3平均比消耗，選取兩種目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布進行對比：一種是臨界目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布，即各個工況的比排放都達到排放法規(guī)要求的NOx轉(zhuǎn)化率；另一種是綜合平均轉(zhuǎn)化率分布，即各個工況全部采用由原機NOx比排放與排放法規(guī)要求的NOx比排放限值確定的平均轉(zhuǎn)化率．

圖11 3種分布模式的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布Fig.11 Distribution of target conversion rate in 3 cases

采用臨界轉(zhuǎn)化率、平均轉(zhuǎn)化率、優(yōu)化轉(zhuǎn)化率的理論NH3平均比消耗分別為5.365、5.674、4.330 g/(kW·h)．由此可以看出，采用優(yōu)化轉(zhuǎn)化率分布可以分別降低19.29%和23.69%的NH3平均比消耗．

4.2 臺架實驗驗證結(jié)果

針對上述優(yōu)化方法確定的NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布，在發(fā)動機臺架進行了ESC測試循環(huán)驗證實驗，實驗結(jié)果表明，采用臨界轉(zhuǎn)化率、平均轉(zhuǎn)化率、優(yōu)化轉(zhuǎn)化率的實際NH3平均比消耗分別為5.41、5.76、4.43 g/(kW·h)，相比臨界轉(zhuǎn)化率分布和平均轉(zhuǎn)化率分布，采用優(yōu)化后的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布，分別降低了18.1%和23.1%的NH3平均比消耗，達到了預(yù)期的優(yōu)化效果．

5 結(jié) 論

(1) 穩(wěn)態(tài)工況下平均氨氮消耗比在一定的線性區(qū)間內(nèi)可以近似擬合為常量，從而可以建立NH3供給比與NOx轉(zhuǎn)化率之間的定量關(guān)系．

(2) 穩(wěn)態(tài)工況下NH3的滑失可以通過限制NOx目標(biāo)轉(zhuǎn)化率來保證，以此可以建立NH3平均滑失濃度限制邊界條件的數(shù)學(xué)描述．

(3) 氨氮消耗比主要受催化器平均溫度影響，并且呈現(xiàn)明顯的中低溫特性和高溫特性．中低溫區(qū)域基本接近理論值，高溫區(qū)域隨催化器平均溫度的升高迅速增加．

(4) 采用優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化率分布的方法，可以減少10%～20%的NH3平均比消耗．

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［8］ Chatterjee D，Burkhardt T，Weibel M，et al. Numerical simulation of NO/NO2/NH3reaction on SCR catalytic converters：Model development and applications[C]// SAE World Congress. Detroit，USA，2006：2006-01-0468.

［9］ 中華人民共和國環(huán)境總局，中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 17691—2005 車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限制及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段)[S]. 北京：中國環(huán)境出版社，2005. Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China，General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China. GB 17691—2005 Limits and Measurement Methods for Exhaust Pollutants from Compression Ignition and Gas Fuelled Positive Ignition Engines of Vehicles(Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ)[S]. Beijing：China Environmental Science Press，2005(in Chinese).

(責(zé)任編輯：孫立華)

A Planning Method for NOxConversion Rate Distribution of Diesel Engine SCR After-Treatment System

Xie Hui，Sun Xiaodong，Yan Ying，Ling Jian，Ma Hongjie
(State Key Laboratory of Engines，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

By adopting selective catalytic reduction(SCR)technology，NOxrate emission can be reduced to accord with emission regulations. However，different NOxconversion rate distribution makes a big influence on NH3specific consumption. The feasibility of reducing NH3specific consumption are mainly analyzedby optimizing the distribution of NOxconversion rate. On the basis of experimental data，a minimum NH3specific consumption optimization model with the constraints of NOxrate emission and NH3slip concentration was established. According to the model，a planning method of calculating the optimal solution was given. Based on the optimization model above，the optimal NOxtarget conversion rate distribution MAP was proposed and validated on the engine test bench under ESC test cycle. Results indicate that this optimization method can save 10%—20% NH3consumption.

diesel engine SCR control；NH3rate consumption；distribution planning；NOxconversion rate distribution

TK422

A

0493-2137(2015)11-0953-07

2013-10-31；

2013-11-28.

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目(2012AA111709).

謝 輝（1970— ），男，博士，教授．

謝 輝，xiehui@tju.edu.cn.

時間：2014-01-03．網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.11784/tdxbz201310077.html.