重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究

针对重型柴油机尿素选择催化还原(SCR)后处理系统的控制策略进行了研究,研究了空速、催化剂温度、催化剂对NOx的转化效率、催化剂的NH3吸附与解吸附等催化荆特性对控制策略的影响,并根据工况提出了高负荷工况和低负荷工况的动态修正.基于上述研究结果对控制策略进行优化,采用基于发动机MAP图和实际工况的稳态和瞬态修正控制策略,使所匹配的柴油机尿素SCR后处理系统达到重型柴油车国-Ⅳ及以上排放标准.     

GTL/柴油混合燃料对直喷式柴油机排放特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统和微粒采集系统,试验研究了GTL/柴油混合燃料对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下排放特性的影响规律.研究结果表明:与普通柴油相比,添加GTL燃料有利于降低柴油机排放,对消光烟度及微粒排放降低效果更明显.在稳态工况下,随GTL添加比例的增加,有害排放物均有所降低,当GTL添加比例超过20 %后改善效果不明显.在恒转速增转矩瞬态工况下,当GTL添加比例小于20 %时,NOx排放降低,PM排放变化不明显,当GTL添加比例增加到60 %时,PM、DS排放显著降低,但NOx却有所升高.     

SCR系统降低NOx排放ESC稳态循环试验研究

本文通过ESC试验验证自主开发的SCR系统降低NOx排放的能力.具体研究分为四部分:首先通过原机ESC排放试验得到原机NOx排放含量和尿素理论需求量;其次,在未加装SCR催化剂情况下,开启原装DCU控制尿素喷射得到NOx排放含量;再次,加装SCR催化剂并使用DCU控制尿素喷射,得出NOx排放含量试验结果.最后,加装SCR催化剂,通过自主研发的计量泵控制尿素喷射以提高SCR系统降低NOx排放的能力.     

基于固体SCR技术的柴油机NO_x排放特性试验研究

在安装有钒基催化剂选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统的柴油机台架上,研究了尿素SCR系统与固体SCR系统的NOx排放特性。试验结果表明:固体SCR系统不会产生尿素结晶现象;中低排气温度下应用固体SCR技术可以改善柴油机NOx排放,低排气温度下尤其明显,平均效率比尿素SCR提高了6%;高排气温度下固体SCR系统与尿素SCR系统的NOx转化效率总体相当。     

柴油机Urea-SCR系统尿素喷射控制策略研究

基于某重型柴油机上匹配的选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统,开发了尿素喷射控制策略,包括带有氮氧化物(NOx)体积浓度自校正功能的原机排放预估模型、尿素基本供给量前馈控制算法、基于NH3覆盖度预测模型的反馈补偿算法、催化器载体瞬态温变修正策略和瞬态工况氨(NH3)泄漏控制策略。研究结果表明:新策略提高了控制系统瞬态工况的鲁棒性,降低了老化或工况快速变化时NH3泄漏的概率,使NOx转化效率控制在60%以上,NH3泄漏平均值控制在25×10-6以下。开发的SCR系统匹配到目标发动机后经欧洲稳态测试循环(European steady stage cycle,ESC)和欧洲瞬态循环(European transient cycle,ETC)排放试验验证达到国-Ⅳ标准。     

瞬态测试循环下SCR系统喷射延迟特性对排放的影响

应用气助式SCR喷射系统,研究了瞬态工况下尿素喷射延迟特性对柴油机排放和尿素消耗的影响,分析了NOx转化效率、NH3逃逸量及尿素消耗量随延迟时间的变化规律。试验结果表明:NOx转化效率随上升沿延迟时间的增加而下降,随下降沿延迟时间的增加而升高;NH3逃逸量随上升沿延迟时间的增加而先降低后升高,存在最佳值,随下降沿延迟时间的增加而升高。在对延迟特性综合测试及分析基础上,发现在NOx转化效率、NH3逃逸量控制、尿素消耗量控制之间存在一组合理的延迟控制参数可以满足系统优化的需要,对于本研究,上升沿和下降沿延迟时间分别为500ms左右和小于100ms时可以兼顾排放性能和尿素经济性。     

车用柴油机选择性催化还原技术的试验研究

选择性催化还原技术(SCR)是当前主流的降低车用柴油机NOx排放的后处理技术。文章首先详细阐述了Urea-SCR系统的反应机理、系统组成和工作过程,然后在发动机台架上对装有SCR后处理系统的国Ⅳ柴油机进行了相关的试验研究。通过稳态ESC和瞬态ETC测试循环试验结果表明,利用开环控制策略下的SCR技术能使NOx排放降低率达到66%以上。同时对尿素与燃油的消耗量以及氨气的泄漏情况分别进行了比较和分析,试验表明本套SCR系统尿素水溶液消耗量仅占燃油的5.8%,即柴油车运行100km大约消耗2.5L尿素溶液,而系统氨的排放小于5×10-6。     

Cu-Fe复合沸石型SCR催化剂在重型柴油机上的应用研究

在重型柴油机台架上研究了Cu-Fe复合沸石型SCR催化剂的稳态转化效率、氨存储特性、ETC循环和WHTC循环中的瞬态反应特性,以及催化剂后副反应产物N2O的生成规律。试验表明,相同条件下该沸石型SCR催化剂饱和氨存储量明显大于钒基催化剂,温度低于250℃时NOx转化效率受到氨存储量的影响,催化剂氨存储充分时190℃温度下NOx转化效率达到74%。瞬态循环中WHTC循环的平均排气温度比ETC循环大幅降低,催化剂的NOx转化效率受到氨泄漏的限制,经过SCR控制策略优化后可以满足北京第四阶段对WHTC循环的检测要求。N2O是该SCR系统的主要副产物,在低温和高温时浓度较高,符合N2O的生成机理。     

国Ⅵ柴油机SCR系统尿素结晶风险评估方法初探

选择性催化还原(SCR)技术被广泛用于柴油机NOx排放控制,尿素结晶是这一技术的主要风险．提出一种评估SCR系统尿素结晶风险的有效方法,在对尿素结晶机理和计算流体动力学(CFD)模拟结果分析后,设计了包含24个不同温度、空速、喷射量的稳态试验和包含120个城市瞬态循环与8个交通拥堵循环的瞬态试验．通过稳态试验的尿素结晶观测结果得到每个工况点的结晶风险情况,并最终得出尿素喷射量与氨氮比(ANR)的限值Map,可为系统优化与标定提供量化目标;通过瞬态试验的尿素结晶观测结果可评估车辆在城市道路条件和交通拥堵状态下单个柴油颗粒捕集器(DPF)再生周期内的尿素结晶风险程度．     

车用柴油机SCR系统NO_x转化效率影响因素

NOx转化效率、尿素蒸发热解及沉积等问题是尿素SCR系统研究的关键问题.运用AVL FIRE软件对某柴油机SCR催化器系统进行了三维数值模拟,研究分析了不同因素对SCR系统的影响.结果表明,排气温度、尿素喷射压力和尿素喷射温度对SCR系统催化剂入口的还原剂均匀性、催化剂内部化学反应速率均有不同程度的影响.同时深入研究了催化器内部组分浓度的分布规律,分析了参数变化与组分浓度分布、NOx转化效率之间的关系,为SCR系统参数优化提供参考依据.