SCR系统尿素喷嘴雾化特性与结晶风险研究

为研究发动机SCR系统尿素喷嘴雾化特性和结晶风险,探究了不同喷嘴雾化性能以及不同雾化性能对尿素结晶影响,结果表明SCR系统尿素喷嘴主要通过改变雾化方式和提高喷射压力来提高喷雾的雾化效果,即通过降低喷雾液滴的索特平均直径(SMD)来提高喷雾的雾化效果,达到降低尿素结晶的目的。在同等喷射压力下,气助式尿素喷嘴产生的喷雾的SMD比非气助式喷嘴产生的喷雾的SMD更小,雾化效果更好,相同工况下结晶量更少;而同样类型的喷嘴,其喷雾SMD随着喷射压力的提高逐渐减小,喷雾SMD越小,雾化效果越好,相同工况下结晶量越少。     

柴油机SCR尿素流量计的设计与试验

为准确快速检测柴油机SCR系统尿素喷射量,设计了尿素流量计的结构和信号处理电路,制定了尿素流量计结构和元器件参数的优化策略,并进行了参数最优匹配;对三款尿素喷射流量计进行了性能检测、尿素喷射量和NH3泄漏等测试试验.结果表明:优化后的尿素流量计线性度误差、灵敏度误差和输出信号误差率分别0.36％、0.30％和0.54％.证实了尿素流量计优化与控制策略的切实可行性;表明了设计的SCR系统尿素喷射流量计适合柴油机在线实时检测要求,为柴油机满足国Ⅳ排放标准提供了保障.     

柴油机SCR尿素喷射标定系统设计

尿素喷射量的控制精度决定了SCR系统的后处理效果。而尿素泵的控制参数、喷嘴的驱动参数及流量特性对实际尿素喷射量有重要影响,需要进行标定。设计开发的尿素喷射标定系统硬件采用模块化设计,增强了电路的稳定性和抗干扰性。下位机软件应用PID算法迅速稳定管路压力,上位机软件基于LabVIEW开发平台,将生产者一消费者循环和队列模式相结合,有效的解决了数据接收和处理上的问题。通过实验,可以确定最佳的控制参数,并取得了良好的应用效果。     

车用尿素溶液一体化气动供给系统设计

针对柴油机Urea-SCR系统需求,设计开发了一种车用尿素溶液一体化气动供给系统,该系统集成了尿素溶液的存储、计量喷射、雾化等功能。利用汽车压缩空气作为尿素溶液的驱动力及辅助雾化的动力来源,该供给装置具有结构简单紧凑、工作可靠、计量精确等优点。详细分析了系统的组成、工作原理、设计要求等内容,阐述了气动式SCR系统的结构,制作了供给系统的样机,并与重型柴油机进行了ESC和ETC联合试验。试验结果表明,该供给系统能根据柴油机的运转工况,喷入雾化良好、计量精确的尿素溶液,显著降低排气中的NOx浓度,使柴油机排放水平达到国IV法规要求,对实现SCR系统国产化具有重要意义。     

SCR系统故障诊断策略研究

国六重型柴油机选择性催化还原(SCR)系统能有效的降低尾气中的NOx排放,若发生故障导致SCR系统无法正常运行,便会加剧对环境的影响。为了保证SCR系统可持续性的工作,需对SCR系统增加故障诊断系统OBD,其中故障诊断系统包含监控和管理,系统的诊断管理包含故障识别、故障反应、故障的存储及读取。通过MATLAB/Simlink软件建立仿真模型,使用SourceInsight工具将模型生成代码,并写入ACU(尿素喷射控制单元)中,构成控制系统。试验结果表明:诊断系统可以检测出SCR系统中的相关故障,并触发相应的故障反应,有效的避免发动机由于SCR系统问题导致尾气超标。     

柴油机SCR瞬态参数采集处理与诊断系统

基于尿素SCR系统瞬态特性,开发了适合柴油机SCR瞬态参数的测试与诊断系统;采用DASYLab软件,编写了接口、标定与诊断程序,实现了SCR系统信号显示、存储与再现等功能;依据遍历跟踪与诊断程序,实现了对柴油机SCR系统瞬态特性参数的在线测试与诊断;依据柴油机瞬态测试循环法规,进行了柴油机SCR系统的NOx转化效率、尿素喷射量和NH3泄漏量等测试与诊断试验。结果表明:与标准的AVL测试系统(AVL CBE-Ⅱ气体排放分析与测试系统)相比,所研发的系统动态最大误差为2.05%,动态平均误差为0.82%,故障诊断精确率达到了98.6%,能满足柴油机SCR瞬态测试循环要求。     

柴油机SCR系统故障检测诊断箱的开发及试用

正柴油机用途广泛,是工程机械和各种车辆的主要动力源。国家相关法规对柴油机尾气污染物排放量要求越来越严格,仅凭机内净化技术难以达到尾气排放标准要求,必须采取机内净化技术与后处理技术相结合的措施,方可达到相关法规要求。1.开发诊断设备的重要性采用选择性催化还原(SCR)技术将是实施我国柴油机国Ⅳ排放标准的主要后处理技术。SCR系统主要由催化消声器、尿素罐、尿素喷射计量泵(简称尿素泵)、氮氧化物(NOx)传     

轻型柴油车SCR系统喷射优化与研究

利用ANSYS FLUENT软件对一轻型柴油车SCR系统的喷射过程进行了仿真分析,从不同的喷射位置、喷孔数目和喷射角度这三个因素出发,对尿素水溶液液滴雾化蒸发及载体入口端蒸汽浓度分布均匀性的影响进行了研究,并运用正交设计的方法分析了三个喷射因素对结果的影响程度,其影响从高到低为:喷射距离,喷孔数目和喷射方向,同时得出一个最佳组合方案,即在喷嘴距离前载体入口端380mm,四孔径向喷射时具有较好的氨浓度分布均匀性。提出了基于流场仿真结果和NOx转化效率MAP图相结合的混合建模方法来预测SCR催化器在任一工况下的NOx转化效率,并用发动机稳态循环13工况点作为边界条件进行模拟,验证了该方法的有效性,对催化器的前期设计工作具有重要参考价值。     

基于电控参数的SCR结晶优化研究

为满足国六排放对NOx要求,需要高效率的后处理,并通过喷射大量尿素转化尾气中的NOx。尿素喷射量过多会导致后处理结晶,在硬件配置不变的情况下,影响后处理结晶的主要因素为温度和尿素喷射量。在发动机台架上,可以得出基于后处理温度和尿素喷射量的尿素结晶边界。通过优化发动机电控参数,在不影响排放的情况下,分别采用降低NOx原排峰值、降低尿素喷射量峰值以及后处理保温等措施,减少超出结晶边界的工况,降低结晶风险。结果表明,通过上述措施可以有效降低结晶风险。     

国六Cu基SCR耐硫性能的实验研究

本文针对Cu基SCR在整车上的使用环境,以及中国市场目前的燃油品质,验证含硫柴油对于SCR的排放劣化趋势,并根据国六SCR的性能开发需求,进行高温脱硫操作,验证SCR的性能恢复能力。整套验证系统包括国六柴油发动机、尿素喷射系统、催化器、排放设备等。国六柴油发动机原机排放满足工程目标,喷射系统的尿素供给单位为气助式方案,催化器包括DOC、DPF、混合器、Cu基SCR,尿素溶液浓度为32.5%,排放设备型号为AVL FTIR,实验结果能够满足分析需求。     

重型柴油机SCR转化效率影响因素研究

为了研究国六重型柴油机选择性催化还原(SCR)系统NOx转化效率影响因素,文章采用计算流体力学(CFD)和化学反应动力学相结合的方法,对SCR催化器系统进行了数值仿真和试验验证。结果表明:SCR催化器最佳反应温度范围在180～550℃,催化器转化效率达到95%以上,不同氨氮比对NOx转化效率有一定的影响,存在一个临界氨氮比,达到该临界值后NO_x转化效率趋于稳定而氨泄漏量增加;通过前置氧化型催化转化器(DOC)可在排气中增加NO_2的质量分数,可以提高催化器转化效率且使NO_x转化效率都能保持在较高水平,也可以除去大部分尾气中的CO和HC,达到排放标准。     

船用低速柴油机低压SCR系统性能试验验证技术研究

船用低速柴油机低压选择性催化还原(LP-SCR)系统是一种能够显著降低氮氧化物(NOX)排放的技术。本文主要针对船用低速柴油机LP-SCR系统开展性能试验验证技术研究,并与MAN公司LP-SCR系统性能曲线进行对比分析。结果表明尿素喷射量稳态配机试验中船用低速柴油机LP-SCR系统NOX转换率与MAN公司LP-SCR系统NOX转换率性能曲线基本一致,氨逃逸水平较低,NOX减排性能及NH3泄漏控制非常出色;尿素喷射量动态响应试验在船用低速柴油机升负荷、降负荷、突降负荷和突升负荷条件下进行,尿素溶液喷射动态响应效果好,与设定值基本一致,变工况下NOX排放始终处于较低水平;在模拟海况条件下,尿素溶液喷射响应效果好,与MAN公司LP-SCR系统性能曲线吻合,NOX排放保持较低水平。     

基于Simulink仿真的SCR化学反应动力学模型研究

现阶段SCR(Selective Catalytic Reduction)技术是柴油机降低尾气中NOX的最主要手段之一。随着日趋严格的排放法规的实施,要求SCR后处理系统具备更精确更稳定的控制。基于化学反应动力学的氨储闭环模型是SCR系统尿素喷射控制策略的研究方向之一。本文基于Matlab/Simulink建立的SCR化学反应模型,结合台架及整车试验,可以更高效的优化调整各反应参数,从而使得整个SCR控制系统的精确度、灵活性以及稳定性进一步提高。     

高压共轨柴油机DOC/POC/SCR后处理系统的开发研究

本文提出了对在用的高压共轨柴油机满足国Ⅴ排放法规的技术方案。它以32.5%的尿素水溶液为还原剂,采用本文提出的DOC/POC/SCR后处理系统,通过共轨柴油车的发动机台架试验,分析了ESC循环测试下NOx的排放浓度和负荷特性下NOx的排放浓度,结果表明:若仅采用单一的Urea-SCR后处理系统,共轨柴油机排气中的NOx浓度降至300ppm左右,转化率可达到75%,只能满足国Ⅳ的排放法规要求值;而采用本文提出的DOC/POC/SCR后处理系统后,共轨柴油机排气中的CO和HC净化效果显著,NOx浓度降至180ppm左右,转化率可达到85%完全满足了当前实施的国Ⅴ的排放法规,实现了对在用高压共轨柴油机后处理系统的技术升级。     

基于V模式的智能SCR软件开发及应用

为满足非道路国四排放标准对柴油机排气污染物NOx限值的要求,结合基于模型开发的设计思想和V模式开发流程,完成了从需求架构设计、MATLAB/Simulink建模开发、软件测试确认的智能SCR软件开发。智能SCR软件的控制策略主要包括催化器模型、前馈控制模型、氨存储计算模型、尿素量修正模型、尿素喷射控制模型等。然后将智能SCR软件与柴油机其它控制功能进行软件集成,并将生成的ECU软件刷写至非道路国四ECU。最后在试验台架上完成了多组冷机和暖机的非道路瞬态循环(NRTC循环)测试。试验结果表明:在NRTC试验循环下,NOx转化效率最高达到了94.46%,经催化还原后的NOx排放值达到了0.464g/(kW·h),低于非道路国四排放标准对排放物NOx的排放限值要求,开发的智能SCR软件可以批量应用于非道路国四柴油机。     

低温条件Urea-SCR喷射系统结构对雾化混合特性的影响研究

采用数值模拟方法,对低排温条件下柴油机Urea-SCR系统尿素水溶液(UWS)喷雾雾化和混合过程进行了研究,分析了喷射压力、喷射角度对排气管内液滴蒸发和分布以及NH3浓度均匀性的影响,并利用喷雾激光测试手段,对发动机运行条件下透明石英排气管内液滴分布进行了测量。结果表明:提升喷射压力同时适当减小喷射角度,能够降低喷雾液滴大小,促进液滴蒸发,改善管内液滴分布进而提升氨浓度分布均匀性;20bar喷射压力和30°喷射角度方案由于其较好的喷雾特性和较少的喷雾撞壁现象,使得催化剂前端面NH3浓度分布更为均匀,有利于提升SCR系统转化效率。     

基于ESC稳态试验尿素喷射控制研究

以康明斯4L柴油发动机作为研究对象,通过MATLAB完成尿素喷射控制策略编程,在ESC稳态试验循环中,对比闭环控制尿素喷射和开环控制尿素喷射的整体循环测试结果和单点测试结果,得出闭环控制在尿素喷射过程中具有尿素消耗量少,排气中NO_X转换效率高的特点。     

CA6113B天然气发动机电控喷射系统的设计开发

CA6113B天然气发动机电控喷射系统是针对大型柴油机而开发的实用系统。安装该系统对柴油机原机改动不大,主要是通过降低压缩比、增加供气装置、增加点火系统等工作来实现天然气单一燃料模式工作,可以很好的解决动力性、经济性和排放问题。本文论述了CA6113B天然气发动机电控喷射系统的组成、系统特点以及发动机性能匹配试验。     

喷射时刻对焦炉气直喷发动机燃烧特性影响

为加强焦炉气的利用,减少资源浪费,利用AVL-FIRE软件对焦炉气缸内直喷型发动机进行建模,模拟不同喷射时刻对于该类型发动机燃烧过程及排放的影响,以确定焦炉气的最佳喷射时刻。结果表明:在相同燃气喷射量与喷射持续期下,最佳喷射时刻出现在进气门关闭后开始喷射且点火前结束喷射期间。最佳喷射时刻使得缸内混合气形成均匀,燃气浓度与湍流强度分布有利于加快火焰传播速度,实现稳定燃烧,提高缸内压力,降低NOx排放,过早与过晚喷射均会降低发动机动力性能。     

浅析柴油机SCR系统尿素结晶机理和解决思路

针对柴油机选择性催化还原(SCR)系统出现的尿素结晶问题,在尿素结晶形成机理分析的基础上,提出影响尿素结晶的关键因素,通过一系列改进措施,在满足排放法规的前提下,降低了结晶风险区域尿素喷射量,增强了废气与氨气的混合均匀性,进一步改善了流动的均匀性,提升了抗结晶风险的能力。结果表明,能够有效解决尿素结晶问题。