柴油机排气浓度分级预测方法技术

本发明专利技术提出一种柴油机排气浓度分级预测方法，该方法包括：首先针对各个所述催化单元建立对应的热力学模型和化学反应动力学模型；通过催化剂小样试验完成热力学模型和化学反应动力学模型的参数识别工作，以确认多种反应动力参数；通过DOC热力学模型和化学反应动力学模型完成DOC出口的NO2比例预测；通过DPF热力学模型和CRT反应动力学模型完成DPF出口的NO2比例预测；SCR热力学模型和SCR反应动力学模型完成SCR出口的NO

【技术实现步骤摘要】
柴油机排气浓度分级预测方法


[0001]本专利技术涉及柴油机排气中NO2浓度的预测
，特别涉及一种柴油机排气浓度分级预测方法。

技术介绍

[0002]发动机排气中含有氮氧化物（简称NO
x
）这种有害物质，NO
x
是发动机吸入气缸内的空气中的N2和O2在高温下的反应产物，其主要成分是NO和NO2。
[0003]大部分工况下发动机出口的NO2/NO
x
比例在10%左右，经过柴油机氧化催化器（简称DOC）时，由于DOC的强氧化催化作用，NO2/NO
x
比例将有所升高，其升高的程度与排气温度、排气质量流量、排气氧含量高度相关；排气经过柴油机颗粒物捕集器（简称DPF）时，由于NO2比O2和NO具备更强的氧化性，因此可以更快速地与DPF中的颗粒物（简称PM）发生反应，这一反应优先效应也使得经过DPF后的NO2/NO
x
比例将有所降低，其降低的程度与排气温度、排气质量流量、排气氧含量、DPF碳载量高度相关。特别的，如果使用了具备氧化催化涂层的CDPF，则氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柴油机排气浓度分级预测方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标后处理系统的催化单元构成，并针对各个所述催化单元建立对应的热力学模型和化学反应动力学模型；通过催化剂小样试验完成热力学模型和化学反应动力学模型的参数识别工作，以确认多种反应动力参数，所述反应动力参数包括对流换热系数、导热系数、比热容、热辐射面积及换热面积等热力学参数和化学反应活化能、化学反应指前因子、化学反应速率修正因子；将利用发动机后喷油量、DOC入口排气温度、DOC出口排气温度、排气质量流量、DOC入口NO
x
浓度、DOC入口O2浓度作为DOC热力学模型和化学反应动力学模型的输入，以完成DOC出口的NO2比例预测；将利用DPF入口排气温度、DPF出口排气温度、排气质量流量、DPF入口NOx浓度、DPF入口O2浓度、DPF入口NO2浓度作为DPF热力学模型和CRT反应动力学模型的输入，以完成DPF出口的NO2比例预测；将利用SCR入口排气温度、SCR出口排气温度、排气质量流量、SCR入口NO
x
浓度、SCR入口O2浓度、SCR入口NO2浓度作为SCR热力学模型和SCR反应动力学模型的输入，完成SCR出口的NO
x
浓度和NH3浓度的预测。2.根据权利要求1所述的柴油机排气浓度分级预测方法，其特征在于，催化单位的热力学过程包括排气与催化剂间的对流换热、催化剂内部的热传导、催化器壳体对大气的辐射换热，三个热力学过程分别对应的热力学模型根据以下公式进行描述：根据以下公式计算得到单位时间内排气与催化剂间的对流换热量：式中：h为排气与催化剂对流换热的换热系数，W/(m2•
K)；TP为排气温度，K；TC为催化剂温度，K；A
H
‑
T
为催化剂能够与排气接触的所有表面积；采用表示催化剂的孔隙率，Scat表示催化剂单位可流通气体体积内的催化剂内表面积，m2/m3，则根据以下公式计算得到A
H
‑
T
：其中，为催化剂横截面半径，m；L
C
为催化器长度，m； 为催化剂的总体积VC；为催化剂的总横截面积；为排气被催化剂阻挡的面积。3.根据权利要求2所述的柴油机排气浓度分级预测方法，其特征在于，根据以下公式计算得到单位时间内催化剂通过热传导的热量：其中，表示催化剂载体的导热系数，X表示沿传热方向的微元长度，r
c
表示载体半径，表示孔隙率，表示载体温度。4.根据权利要求3所述的柴油机排气浓度分级预测方法，其特征在于，根据以下公式计算得到催化器壳体对大气的辐射换热：
其中，为催化器与外界的辐射面积，m2；为辐射黑度；为气体辐射常数，W/m2K4；T
amb
为环境温度，K。5.根据权利要求1所述的柴油机排气浓度分级预测方法，其特征在于，所述通过催化剂小样试验完成热力学模型和化学反应动力学模型的参数识别工作，以确认多种反应动力参数的步骤包括：依次通入温度为200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、500℃、600℃的标准尾气，在每次达到热平衡前排气温度不变，同时记录下不同位置处催化剂载体温度随时间的变化关系曲线、载体辐射放热率，以完成催化剂小样热力学参数识别。6.根据权利要求5所述的柴油机排气浓度分级预测方法，其特征在于，所述通过催化剂小样试验完成热力学模型和化学反应动力学模型的参数识别工作，以确认多种反应动力参数的步骤还包括：对于NO氧化反应的参数获取试验：以N2为平衡气，通入不同浓度的O2与NO，并测量不同温度和空速下DOC催化剂小样出口NO、NO2、O2等组分的浓度变化，其中O2浓度变化范围为2.5%~21%，NO浓度的变化范围为100ppm~2000ppm；对于CRT反应的参数获取试验：以N2为平衡气，通入不同浓度的NH3、O2、NO2与NO，实时测量不同温度、碳载量和空速下DPF载体小样出口NH3、O2、NO、NO2等组分的浓度变化以及碳载量的变化，其中NO2/NO
x
比例变化范围为10%、25%、50%、60%、80%，NH3/NO
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比例变化范围为0、0.3、0.5、0.7、1.0，碳载量变化范围为0.5g/L、1.0g/L、2g/L、4g/L；对于快速SCR反应和慢速SCR反应的参数获取试验：以N2为平衡气，通入不同浓度的NH3、NO2与NO，实时测量不同温度和空速下SCR催化剂小样出口NH3、NO、NO2等组分的浓度变化，其中NO2/NO
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比例变化范围为10%、25%、50%、60%、80%，NH3/NO
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比例变化范围为0.3、0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王天田，刘春铭，曾敏，王田，王伟杰，周衍华，汪文强，危亮，
申请(专利权)人：江铃汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：