人类对化石燃料的需求越加旺盛，随之也带来严重的大气污染问题，从蒸汽机发展到内燃机，汽车工业的进步带来的副作用便是加重对大气环境的污染。现在，世界各国政府都已经逐步认识到大气污染对人类的危害，因此，加大对汽车尾气污染物排放控制的研究对于改善环境有着重要的意义。而汽车尾气中包括CO、NOx、碳氢化合物、颗粒物等有害物质，柴油机相较于汽油机由于燃烧机理不同的原因，尾气中NOx和颗粒物为主要污染物^[1]。

目前改善柴油机尾气排放方案众多^[2],其中主要有两条技术路线：废气再循环（EGR） 微粒捕集器（DPF）、优化燃烧 选择性催化还原（SCR）^[3]。两种技术相比较，废气再循环（EGR） 微粒捕集器（DPF）模式需要降低缸内的燃烧温度，废气循环降低了缸内的氧气浓度，致使气缸内燃料不完全燃烧的程度加重。同时微粒捕集器在长期工作过程中，大量微粒吸附在滤芯内，会增加排气背压，导致发动机的经济性、动力性下降。另外微粒捕集器在滤芯上喷涂金属铂、铑、钯催化剂对硫很敏感，容易造成催化剂的硫中毒^[4,5]。而我国在低硫燃油的生产设备和生产工艺上都不太成熟，低硫燃油的开发成本比较高。优化燃烧 选择性催化还原（SCR）的尾气排放控制模式，燃料燃烧更加充分，降低发动机油耗，经济性更好。选择性催化还原所使用的还原剂为尿素，我国正是尿素生产大国，因此发展优化燃烧 选择性催化还原（SCR）的NOx排放控制技术符合我国基本国情^[6]。

在SCR尾气处理技术中，本文主要研究对氨气覆盖度的观测，氨气覆盖度是SCR系统中的一个重要参数，对于降低尾气中氮氧化物的含量和降低尾气中氨气的泄漏具有重要意义。

选择性催化还原法（SCR）最先由美国Engelhard公司提出，并在1957年提交了专利申请。之后日本在本国的政策推动之下，成功研制出如今被广泛使用的V2O5/TiO2还原催化剂^[7]。之后随着各国对环保的重视，制定了越来越严格的汽车尾气排放法规。为了降低排放中的氮氧化物，SCR技术逐渐成为研究热点。国外对于SCR技术系统研发比较早，技术上也相应更加成熟。

美国的动力设备制造厂商康明斯在SCR系统中的研究，其集成式排放控制系统采用电控技术对选择性催化还原系统进行控制，该控制系统根据发动机的实际工作状态、缸内进气量、发动机的喷油量、气缸内的燃烧状态判断，实时地将适量的尿素溶液喷入SCR系统装置前端，与发动机尾气混合，还原尾气中的氮氧化物。德国的曼恩（MAN）公司基于Urea-SCR 技术提出了VHRO 组合系统用于柴油车尾气脱硝净化，还研发了一种调整的柴油催化转化器（GD-CAT），能加速SCR中的氮氧化物还原为氮气。荷兰的达夫（DAF）公司在其12.9L排量的发动机上采用了SCR技术，发动机的燃烧效率、经济性得到提高，在NOx尾气排放上明显下降，这些技术的投入和使用，也使其发动机顺利的满足欧Ⅳ、欧Ⅴ的排放标准^[7]。

此外丹麦的格伦德福斯公司、美国的戴姆勒-克莱斯勒公司、德国的博世公司、沃尔沃公司、日本日立公司^[6]等一些知名的汽车动力设备制造商都将SCR技术投入要产品中并且还在不断加大对此研发力度。相较于国内的研究状况，国外对SCR技术研发时间早，研发周期长，研发技术都已经较为成熟。

目前国内的自主SCR技术研究才刚刚起步，国内大多数企业还是主要和外企进行合作，引入国外更为先进成熟的技术。当然也有部分企业对柴油机后处理系统开展了自主研发，比如无锡威孚力达催化净化器有限公司、昆明贵研催化剂公司等。

相关高校和科研院所在SCR技术研究上则要更深入些，武汉理工大学覃军博士曾对基于MAP图的SCR系统开环控制策略进行了研究^[8]；北京航空航天大学张辉教授在俄亥俄州立大学读博期间，设计了变平滑结构观测器模型对氨气覆盖度估算做了相关研究，其仿真实验结果表明对于氨气覆盖度估计准确度已经达到了较高水平，所设计的模型对于系统的不确定性和噪声具有良好的鲁棒^[9]；北京航空航天大学交通学院硕士孙康风在其硕士期间也对SCR技术做了相关研究，在他发表的一篇关于氨气覆盖度估计的论文里，做了基于粒子滤波算法的氨气覆盖度估计研究，其结果表明利用粒子滤波算法比基于卡尔曼滤波算法所设计模型更为准确，相对误差更小^[10]；吉林大学赵婧华在ISS框架下设计了降维观测器，观测器平均误差率在0.5%以下，最高误差率不超过2%，当工况条件急剧变化时，估计误差峰值也出现较大波动。但总体来说，对瞬态条件下的外界干扰具有较强的鲁棒性^[11]。除上述外，也有其他众多学者也对此展开了相关研究^{[12- 15,22-25]}。

总体来说，国内对于SCR的研究要晚于国外，在基于模型的氨气覆盖度估计的研究上，国内更是只在近几年才开展相关研究。为了满足未来的排放法规^[16]，加大对汽车尾气后处理研究势在必行。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容