中重型柴油机SCR系统集成匹配研究

针对高紧凑高效清洁柴油机的开发,选取了SCR后处理技术路线,为了实现国Ⅴ的排放指标要求,分别进行了SCR催化剂及催化器载体的分析与匹配,SCR尿素喷射系统的匹配标定研究,并通过三维仿真分析方法以及尿素喷射水解、热解和化学反应动力学理论完成了喷射管路布置方式的优化设计及SCR系统转化效率的计算与验证。通过发动机台架试验验证了通过上述方法匹配的SCR系统可以满足国Ⅴ的排放指标要求。     

客车SCR后处理系统的匹配应用

随着国家对商用客车国Ⅴ排放的实施,客车SCR后处理系统取代传统的排气系统成为动力总成匹配的关键部分。相比传统排气系统,SCR后处理系统增加了尿素罐、计量泵等许多零部件,系统的匹配应用是重点和难点。文章简述了SCR后处理系统的功能要求、系统组成及工作原理,重点阐述设计步骤和要点,最后提出常见问题及应对措施。     

满足国Ⅳ标准的喷嘴集成式SCR系统仿真设计与试验研究

为改善分体式SCR系统安装空间要求高、尿素易结晶、维修成本高等缺点,设计了一种把喷嘴和SCR系统集成的结构;运用CFD方法对4种不同进口结构进行仿真对比,确认最优结构后制作样件,将新样件安装在发动机台架上进行结晶试验和排放试验。结果表明,SCR系统中无结晶并且能达到国IV排放要求,表明该集成式结构可行并且优于分体式结构。     

柴油机SCR系统车用尿素喷雾特性仿真与试验研究北大核心

通过建立喷射系统CFD三维仿真模型,研究了柴油机SCR系统在空气辅助雾化条件下尿素喷射的喷雾速度流场、雾化粒径、喷雾形态和贯穿距等变化规律,并通过试验对模型进行了验证;根据喷射模型对SCR系统的喷孔直径等结构参数进行了优化设计,通过发动机ESC,ETC试验对还原剂雾化性能进行试验验证。试验结果表明:采用改进后的柴油机空气辅助喷射还原剂供给系统后,柴油机NOx排放和NH3泄漏等指标均满足国Ⅴ阶段排放法规要求,验证了所采用的喷雾特性仿真优化设计方法有效可行。     

逆流式混合器的设计及尿素结晶风险评估方法研究

传统双层管SCR混合器在排气温度低的工况易在混合器壁面形成尿素结晶。为解决此问题,设计了一种新型逆流式SCR混合器及其与喷嘴座的集成布置方案。利用CFD技术和台架试验相结合验证了逆流式混合器的预防尿素结晶能力和对NO_x排放的影响,并对尿素结晶机理及尿素结晶风险评估方法进行了深入研究,提出了基于"尿素结晶能量因子"比较不同工况尿素结晶风险的方法。对逆流式SCR催化器进行台架瞬态排放测试试验和30 h发动机台架尿素结晶验证试验,台架试验结果表明:逆流式结构混合器的瞬态NO_x转化率提高了1.8%,30 h台架尿素结晶试验表明逆流式混合器壁面未出现尿素结晶。     

基于模型的重型柴油车SCR后处理系统稳态控制策略研究

为满足即将实施的中重型柴油车国Ⅳ排放法规要求,建立了一种基于模型的SCR尿素喷射稳态控制策略,研究了稳态下影响尿素喷射的排温模型、NOx 预估模型、排气流量模型、催化器效率模型和喷射模型,分析了空速比等影响模型性能的重要参数,建立了模型控制的MAP图和数学计算方法。将SCR系统进行了台架试验,研究了ESC工况下NOx 浓度变化趋势。研究结果表明,基于模型控制策略的SCR系统对于降低NOx 排放具有良好的效果,并可以达到国Ⅳ排放法规要求。     

氨分布对柴油机并联式SCR后处理系统NO_x排放的影响

以国六并联式SCR后处理系统为研究对象,在13 L国六柴油机上,采用速度均匀性和氨分布均匀性仿真计算、两路SCR平均氨浓度分析和氨质量加权百分数仿真计算、氨分布均匀性试验、排放性能试验等方法,对两种仅混合器不同的国六并联式SCR后处理系统NO_x排放进行研究。仿真分析研究表明:两路并联的SCR后处理系统速度均匀性和氨分布均匀性计算值在0.96～0.99之间,单个SCR装置的前端面氨浓度均匀性试验测试结果也在0.98以上,但两路SCR前端面的平均氨浓度相对偏差在5%～17%之间,会导致后处理系统NO_x排放较差;氨浓度试验验证了仿真分析的正确性。排放性能试验表明,两路SCR前端面平均氨浓度偏差较大的后处理系统WHSC排放结果会恶化;可通过氨质量加权百分数相对偏差的仿真计算评估并联式SCR后处理系统催化能力,经试验对比建议计算评价标准设定为5%以内较为合理。     

大型尿素选择性催化还原系统车辆在使用过程中的排放性能变化

在底盘测功器上,对3辆采用尿素选择性催化还原(SCR)系统的车辆进行测试,3辆试验车均符合日本新长期排放法规的限值要求。随着催化剂性能的老化,这些试验车辆会排放出大量的氮氧化物(NOx)。SCR催化剂性能老化的原因之一是碳氢化合物中毒,而这可以在运行30min后,或是在更高负荷的运行工况下得以恢复。通过抑制SCR系统前段氧化催化转化器的性能老化以促进NO2形成,可以改善车辆在行驶10万km或更长里程后的NOx排放性能。     

某柴油机SCR系统CFD仿真分析

排放法规的日趋严格,柴油机尾气后处理器SCR作为处理NOX排放物的一种有效手段,吸引了越来越多的目光的关注。柴油机尾气后处理器SCR内部的气体流动状况及尿素喷射效果与其使用效率以及柴油机的动力性和经济性都有很大的影响。文章通过建立三维SCR流动和喷雾计算模型,计算得出SCR内部压力、流场分布以及尿素喷射雾化分布情况。通过本次仿真,找到内部影响SCR工作效率的关键设计因素,从而更好的优化产品设计,满足性能及一致性的要求。结果表明:柴油机尾气后处理器SCR内部孔道的分布对于性能有一定的影响,需要通过生产进行控制从而满足尾气后处理的效率及产品一致性要求。     

某款双滤芯尿素液位传感器的设计

随着排放要求的日益严峻,重型卡车柴油发动机普遍寻求近乎极限的排放标准。为应对严格的排放标准,EGR+DOC+DPF+SCR+ASC的后处理方式成为国内绝大多数主机厂选择的最终方案。文章将着重分析和探讨目前国内某款国Ⅵ重型卡车柴油发动机SCR尿素供给系统中,为精细过滤尿素溶液所设计的双滤芯结构液位传感器在设计和布置过程中的创新应用。     

SCR尾气后处理系统安装方法及注意事项

随着国家环保的要求越来越严格,为了满足排放的需要,现代中重型运输车都选择加装尾气后处理系统SCR。该系统通过采取向尾气中喷射液态尿素的方式,通过一系列的化学反应,对降低环境污染起到了很好的效果。1 SCR尾气后处理系统SCR尾气后处理系统主要包括尿素泵、尿素喷嘴、尿素箱、尿素管路及喷射控制单元几大部件,参见图1。系统工作时,尿素泵的作用是将尿素箱中的尿素溶液加压后送往尿素喷嘴,同时将多余的尿素溶液泵回尿素箱,使SCR系统的压力维持在9 bar左右。     

国IV重型卡车SCR系统及车用尿素溶液解析

车用尿素是重卡达标的必备产品国内柴油机生产厂家为达到日趋严格的国家机动车污染物排放标准,从国IV开始,除采取改进燃油喷射系统、优化燃烧过程等机内净化措施外,还增加了机外后处理装置。目前,国内满足国IV排放标准的主流技术路线主要有2种：一是机内优化燃烧＋选择性催化还原（SCR）路线;二是废气再循环（EGR）＋柴油微粒捕捉器／氧化催化转换器（DPF／DOC）路线。由于采用SCR技术的国IV柴油机具有改动小、燃油要求较低等优点,更适应国内目前柴油品质相刈较差、含硫量较高的现状,且燃油经济性比EGR技术好,在技术升级连续性上具有优势;此外,SCR系统的催化器耐久性好且不存在堵塞的风险,因此,国内重卡生产厂家为应对国IV排放标准要求,大多都采用了SCR的后处理技术。但使用SCR后处理技术的柴油车必须添加尿索溶液作为催化还原剂对尾气中的氮氧化物进行处理,通过车用尿素溶液与SCR技术的共同作用,在优化柴油机性能和减少燃料消耗的同时,还可以显著降低成本（通常车用尿素溶液的平均消耗量约为柴油消耗量的5％）。     

气助喷嘴抗结晶性能试验研究

尿素喷嘴的性能直接影响SCR后处理系统的工作效率,结合主机厂制定的SCR计量喷装置工程规范,在发动机台架上进行了2款气助喷嘴的抗结晶性能试验研究,试验表明:在发动机排气流量为500~800Kg/h、排温为550℃,尿素泵以100ml/h流量喷射尿素的工况下,试验喷嘴的抗结晶性能均满足要求,同时通过性能对比为喷嘴结构优化,性能提升提供依据。     

重型柴油车NOx排放远程监测准确性研究

文章通过采用不同浓度的反应剂来模拟重型国六柴油车正常状态、临界超标及SCR性能失效状态下的实际道路NOx排放,从而研究远程排放管理平台对超标车型识别的效果。试验结果表明,NOx临界超标与SCR完全失效状态下,远程排放管理平台采集的国六整车实际道路NOx排放与PEMS设备结果基本一致,而正常状态下,尿素过量喷射导致的NH3泄露会对车载NOx传感器精度造成影响,进而导致远程排放管理平台采集的国六整车NOx排放与PEMS设备存在偏差。     

国产车用尿素可替代性试验研究

使用商业钒基SCR催化转化器和某国Ⅳ重型柴油机,在AVL发动机台架上对3种国产车用尿素进行了相互替代性试验,研究中考虑了不同尿素对SCR催化转换器的起燃特性、动态响应、NOx转化率和NH3泄漏等性能的影响。试验排气温度为160～440℃,n(NOx)∶n(NH3)(物质的量之比)从0.8变化到1.2。研究发现:相同条件下3种尿素对SCR系统起燃温度基本没有影响,ESC和ETC循环NOx转化率都在70%以上,同时对其他常规气态排放和NH3泄漏没有明显影响,可以互相替代使用;相同条件下,单位体积尿素溶液中尿素含量越高,SCR系统动态响应越快,ESC和ETC循环NOx转化率越高。     

SCR尾气后处理系统尿素结晶成因及风险试验分析

通过分析柴油机选择性催化还原(SCR)尾气后处理系统尿素结晶成因,提出尿素结晶风险评估方法,并在此基础上采用台架试验的方法进行SCR尾气后处理系统性能和抗结晶性能的仿真验证。结果表明：流速均匀性和NH₃均匀性的仿真结果与试验结果接近,仿真结果对SCR尾气后处理系统设计具有一定参考作用。对优化前后混合器进行稳态尿素结晶试验,结果表明优化后混合器结晶量明显减少,与仿真计算结果吻合较好,优化后的抗结晶效果明显提升,验证了所提出的尿素结晶风险评估标准具有一定的工程实践参考价值,可以帮助提高SCR尾气后处理系统抗结晶设计的工作效率。     

一款柴油机匹配后处理系统的试验分析

针对一款4缸直列式、增压四行程车用柴油机进行后处理器匹配试验,从柴油机本体和后处理系统两方面考虑,通过氧化催化转化器(DOC)氧化性试验、选择性催化还原(SCR)转化效率试验和国家第六阶段机动车污染物排放标准试验来评价柴油机和后处理器的匹配效果。最终选择后处理器B作为最优匹配方案,并对柴油机匹配后处理器的过程进行总结。     

国六柴油机双旋流SCR混合器试验研究

为解决国Ⅵ柴油机SCR后处理系统在低排温、低负荷工况下存在的尿素结晶问题,采用CFD和试验研究相结合的方法,对某重型国Ⅵ柴油机后处理SCR单旋流混合器进行结构优化,设计出了一种双旋流混合器.对双旋流混合器进行NO x单点转化效率试验、瞬态WHTC排放试验以及10 h发动机台架尿素结晶验证试验.模拟结果表明:双旋流混合器能够产生更强的旋流效果,促使尿素喷雾和尾气充分混合、蒸发分解,且使氨分布均匀性指数提高了15.19％.试验结果表明:相较于单旋流混合器,双旋流混合器在氨氮比为0.7,0.9和1.2时的NOx转化率分别提高1.58％,1.78％ 和0.38％,N O x排放显著降低,混合器壁面未出现尿素结晶,解决了低温、低负荷工况下的尿素结晶问题.     

针对欧4及未来法规的发动机高效排气后处理解决方案

重型载货车辆欧4法规在实施瞬态和稳态试验的尾气氮氧化物(NOx)排放限值时,还对氨(NH3)排放有所限制。为满足法规要求,有几种可能的策略,包括发动机管理措施,以及采用以NH3作为还原剂的NOx催化后处理措施。根据试验数据,对排气后处理系统的整体性能及安装,以及运行成本等一系列重要问题进行了阐述和讨论。还讨论了欧5及未来排放法规的相关因素。发动机以高废气再循环(EGR)率运行是在几乎没有NOx催化还原后处理情况下满足欧5法规的可能路径之一。将EGR与仅采用选择性催化还原(SCR)解决方案的无EGR发动机作了对比。此外,还说明了通过使用氨逃逸催化器或改善尿素剂量控制策略来减小SCR催化器尺寸的可能性。通过在同一系统上进行的对比试验给出了不同尿素剂量策略的效果。另一个很重要的方面是后处理系统的热管理和保温,利用试验数据对比进行了说明。最后,对未来法规研究领域的重要性进行了讨论。     

尿素选择性催化还原系统的催化剂分析技术——催化剂反应过程模拟

作为一项极有前途的能降低柴油机氮氧化物(NO_x)排放的技术,尿素选择性催化还原(SCR)系统受到了广泛关注。开发了尿素SCR催化反应模型,用于分析催化剂表面尿素的分解反应及其详细的化学反应。通过对催化转化器内部的直接测试分析,证实了尿素分解反应模型的有效性。采用新开发的模型,可以成功地预测安装尿素SCR系统的车辆在各种实际行驶条件下的废气(如NO_x和氨)排放性能。