1.目的及意义

目前，全球车用动力“柴油化”的趋势已日益明显。但传统柴油车用发动机仍存油耗大、污染大、噪声大和体型大的问题。因而，降低柴油机尾气排放中的污染物迫在眉睫。柴油车中CO 和HC的排放量极少，主要污染物是NOX 和PM。国内研究并采取一些柴油车尾气净化处理技术，其中，选择性催化还原技术（SCR）是控制氮氧化物的主流技术。

SCR控制排放策略是有很多种方式 ，从控制算法上讲有经典模式和智能模式等，从控制输出的角度上进行分类，一般采用两种方式：以NOX传感器测量值作为被控输出的控制方式，和以模型预测值作为被控输出的控制方式。

1.1国外现状分析

BOSCH 公司的 Dieter H. E. Seher，Michael Reichelt and Stefan Wickert 成功开发了基于脉谱的开环控制策略。这是最初的SCR控制技术，随着对控制要求和控制质量的提高，控制策略逐渐发展成了闭环控制策略和复合控制的策略， 并且控制器的设计采用了更为先进的变参控制。

QingwenSong，George Zhu 等人提出基于模型的前馈控制的可变增益的闭环反馈控制策略，其目的是为了提高瞬时响应的同时减少稳态误差。首先，搭建系统以及其模型，并分析了稳态误差及闭环控制的误差；然后进行了控制策略的设计，包括前馈动态响应设计和闭环控制的设计；最终进行了仿真分析及试验验证。论证出了基于模型的前馈控制可显著提高响应性，闭环控制可以保证系统的稳定性，由于其可以自我调整因此减少了再标定的工作量。康明斯公司的John N. Chi 等人研发了一种基于氨泄露和氮氧化物还原模型控制，并应用在康明斯的一款重型车上，循环测试表明氨气泄漏平均值仅为 7ppm。

Christoph M. Sch#228;r，Christopher H. Onder 等人为了满足更加严格的排放法规，提出了基于前馈控制（FFC）模型的 NOx 传感器闭环反馈控制（FBC），能够很好满足系统动态响应的同时弥补系统的扰动及缓慢参数的变化。

美国 Delphi 公司的 DaYu Wang 和 TNO 汽车工程软件有限公司的 RobertCloudt 等人进行了基于氨传感器的闭环 SCR 控制探究。所使用的氨传感器在发动机尾气环境中工作良好，且几乎不受 CO、HC、NO、NO2、SO2、H2O 和 O2等气体的干扰。该控制策略根据氨传感器反馈信号采取两种控制模式，当排气温度较高或者排气温度持续上升（氨气滑失量在预计范围或氨气滑失可控），采用 NH3滑失量反馈控制；当排气温度较低或持续降低（NH3泄露接近或超过既定目标值），采用 NH3表面覆盖参考脉谱。并和对 NH3有交叉敏感的 NOx 传感器的闭环反馈控制进行了 FTP、ETC 和 ESC 对比试验，结果表明基于氨传感器的闭环SCR 控制策略在 NOx 转化、NH3泄漏上有较好的控制效果。

HirotakaNishiyamaYo TanakaHisakazu Suzuki 等人对 SCR 的 Cu 基和 Fe基复合型催化器进行瞬态试验研究，其综合了 Cu 基催化器低温高效性能及 Fe 基高温高效性能的优点。根据 WHTC 循环冷启动及热启动测试、不同的催化剂类型、不同的催化器容积及氨气的当量比分别进行试验，结果发现在 Fe 基和 Cu 基涂覆比为 1:2 时，有最佳的 NOx 消除率。研究中还发现，WHTC 测试中的大多数 NOx 排放都是在城市道路循环中产生，这由于城市路况发动机排气温度低导致尿素分解缓慢及催化器的活性较低。当 NH3的当量比从 1 变为 1.5 时，催化器上可吸附的 NH3较多并且 NOx 的消除率也得到有效提高。

卡特彼勒公司的 Praveen Chavannavar 在对比 SCR 前馈和反馈控制、基于MAP 和基于模型的控制后，提出了基于模型的 SCR 控制系统，因其更易于标定，可在不同的发动机上应用。当排温骤然增长时，对 NH3的泄露更有可预测性，更易于估计。而后对 SCR 模型进行了误差修正，论证出该模型对 NOx 及 NH3在瞬态测试循环预测误差仅仅为±1%左右，并论证出基于模型的 SCR 控制比基于MAP 控制NOx 转化效率好。

Frank Willems， Robert Cloudt 等人提出闭环控制的重要性。文章中对基于 NOx 传感器的交叉敏感补偿的闭环控制策略、自适应表面覆盖/NH3滑失控制和开环控制进行对比，发现自适应表面覆盖/NH3 滑失控制在 ESC 和 ETC 测试循环中有更好的控制效果。分析了影响闭环控制效果的几个影响因素：催化器的动态响应、NOx 传感器的交叉敏感、系统的延迟及 NH3的吸附解吸等，对这些问题提出了相应的解决办法。诸如在低温时停止喷射尿素；对于交叉敏感问题，尿素的增加导致 NOx 传感器数值信号的降低说明没发生交叉敏感；一旦尿素增加 NOx 传感器数值信号也增加则发生交叉敏感。最终对闭环 SCR 控制潜能和受限点进行了细致的总结，得出闭环控制具有减少标定工作量且可提高瞬态控制响应的性能。