康明斯ISG柴油发动机SCR系统的工作过程分析

<正>康明斯ISG柴油发动机采用SCR(Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原反应)系统来处理氮氧化合物(NO_x)的排放量,其功能是将柴油发动机排气中的NO_x转化为氮气(N_2)和水(H_2O)。如图1所示,SCR系统的工作原理为:发动机控制模块(ECM)控制喷射单元将一定量的液体尿素(DEF)喷射到SCR催化器上游的排气管中,然后通过还原反应将NO_x转化成氮气和水,最终排放到大气中。     

国Ⅴ SCR后处理系统工作原理及典型故障分析

正SCR系统即选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction System),是应用于发动机排气系统,将排气中的氮氧化物(NO_x)进行选择性催化还原成氮气和水,以降低NO_x排放量的排气后处理系统。SCR后处理系统是国Ⅴ柴油机主流配置,分为空气辅助式和无气辅助式。1 SCR系统构成SCR系统由催化消声器、计量喷射系统、尿素罐、喷嘴、DCU、管路(尿素吸液管、喷射管、回液管,集成电     

柴油机选择性催化还原系统NOx传感器的NH3交叉敏感性研究

针对选择性催化还原(SCR)系统中NOx传感器对NH_3的交叉敏感性问题,通过对发动机台架试验数据进行分析,研究了排气温度、氨氮比和空速3个因素对传感器交叉灵敏度的影响,建立了与3个影响因素相关的SCR催化剂反应模型,提出了一种SCR催化剂下游NO_x排放水平和NH3泄漏量的预测方法。Simulink仿真与发动机台架试验结果表明,该方法在一定程度上可有效预测NO_x传感器的准确性。     

基于多目标遗传算法的SCR系统氨覆盖率优化

基于单状态选择催化还原(SCR)模型,应用多目标遗传算法对SCR系统进行优化。获得了最优氨覆盖率目标值,优化了SCR系统NO_x排放和NH_3泄漏之间的此消彼长(tread-off)的关系,分析了催化器温度、空速和SCR催化器入口NO_x浓度对最优目标氨存储的影响。研究结果表明,催化器温度是最优氨覆盖率目标值的主要影响因素,最优氨覆盖率目标值随着温度的增大呈线性降低趋势。世界统一稳态测试循环(WHSC)和瞬态测试循环(WHTC)仿真结果表明,采用优化后的氨覆盖率图谱作为氨存储目标值,可在取得较低NO_x排放的同时限制NH_3泄漏。     

SCR系统对公交车NO_X排放降低效果的研究

使用便携排放测试系统测试了3辆带有SCR系统的公交车在实际运行条件下的NO_x排放,对比喷射和不喷射尿素两种情况下的NO_x排放因子,计算了SCR系统对NO_x的降低率。结果表明:国Ⅳ柴油车由于其排气温度低,催化剂体积小,SCR系统对NO_x的降低率最低,只当车速高于30 km/h以后才能逐步显现出催化效果,NO_x平均降低率只有10%;国V天然气车SCR系统对NO_x的降低率最高,它在低速时排气温度就很高,且NO_x排放中NO_2的比例较高,使其SCR系统对NO_x的降低率基本上不随车速而变化,NO_x平均降低率达85%;国V柴油车介乎两者之间,使其SCR系统对NO_x的降低率约为70%。至于NO_x+HC排放,则是国V柴油车最低,国Ⅳ柴油车最高,国V天然气车由于其甲烷的排放量很高,使其NO_x+HC排放接近而稍低于国Ⅳ柴油车。     

柴油机SCR系统控制策略研究与软件设计

为有效地降低柴油机排气污染物NO_x,结合模块化设计思想,在Matlab/Simulink环境下完成SCR控制软件的开发。软件主要包括数据管理模块、SCR状态模块、尿素量计算模块和任务模块,其中尿素量计算模块采用基本尿素喷射量计算、尿素量修正和闭环反馈调节的组合方式提高尿素量计算精度。软件经代码生成后刷写至SCR控制器DCU中,在试验台架上完成ESC和WHTC循环测试。试验结果表明:在ESC和WHTC试验循环下,NO_x转换效率分别高于79.09%和72.35%,经催化还原后排放值分别低于1.836g/(kW·h)和2.147g/(kW·h),满足国Ⅴ法规的限值要求。     

玉柴三立SCR后处理系统解析

正柴油发动机产生的主要有害排放物是氮氧化合物(NO_x)和颗粒物(PM),目前,采用SCR后处理系统是有效控制NOx排放的方法之一。SCR是Selective(选择性)、Catalytic(催化)、Reduction(还原)的英文缩写。SCR后处理系统的工作原理是,将还原剂喷入排气     

尿素选择性催化还原系统的催化剂分析技术——还原剂转化过程测试

为了分析尿素选择性催化还原（SCR）转化器中还原剂的转化过程,开发了2种诊断技术:一种用于测量氨（NH3）,另一种用于测量包括未参与反应的尿素和异氰酸在内的还原剂总量。这些技术适用于测量SCR转化器入口及内部的还原剂形态。揭示了尿素→NH3的转化率,以及催化转化器入口的还原剂分布,同时也分析了催化转化器内部的尿素→NH3转化率随时间的变化趋势。     

中型车用发动机DPR-II排气后处理系统

日本开发了一种不采用尿素溶液的名为"DPR-Ⅱ"的排气后处理系统。该系统采用柴油作为碳氢-选择性催化还原(HC-SCR)的还原剂来减少柴油机排气中的氮氧化物(NO_x)。这项基本技术能在宽广的温度范围内产生很好的NO_x还原性能,以达到日本2016年排放法规要求。     

欧5商用车发动机的冷却系统及其部件

贝洱公司开发的(减少柴油机NOx排放对策的)冷却废气再循环(EGR)和间接中冷器(iCAC)系统不需要像选择性催化还原(SCR)那样的排气后处理系统或另建加尿素站,就能满足欧5的排放要求.     

国六SCR催化剂的性能试验研究

选择性催化还原技术(SCR)是国六柴油机控制NO_x排放的主要技术,为了对比国外后处理厂家和国内后处理厂家的铜基分子筛SCR催化剂性能,搭建了SCR催化剂的小样测试台架,对两种SCR催化剂进行了小样性能测试分析,包括稳态测试,瞬态测试,并介绍了相应的测试流程方法。测试内容覆盖了温度扫描,空速扫描,氨氮比扫描,NO/NO_x比例扫描,NO氧化效率,标准SCR转化效率,氨氧化效率和氨存储。试验结果表明,两种催化剂在不同试验条件下所呈现的性能变化规律基本一致,国外催化剂的NO_x转化效率比国内催化剂高3%左右,200℃条件下国外催化剂的氨存储量比国内催化剂高0.5g/L,两种催化剂的性能差异主要集中在低温区域。     

柴油机DOC+SCR系统NO_x转化效率影响因素研究

为了研究柴油机DOC+SCR系统NO_x转化效率的影响因素,利用AVL Boost仿真软件对催化器的化学反应过程进行了数值仿真及试验验证。结果表明,建立的仿真计算模型能很好地模拟DOC+SCR系统的催化反应过程。DOC+SCR系统中,NO_x的最佳转化温度范围为280℃~500℃,在最佳反应温度范围内,排气流量对DOC+SCR系统的NO_x转化效率基本没有影响,前置DOC在保证排气中NO/NO_2的比例不同时,NO_x转化效率都能保持在较高水平,排气中NO_2占比的增加对NO_x转化效率的提升作用非常小。     

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。     

结构参数对Urea-SCR系统性能的影响研究

通过建立SCR系统数值模型,对柴油机SCR系统尿素水溶液喷雾分解和催化剂表面的化学反应过程进行模拟。结合台架试验,研究了喷嘴喷射角度α、催化器扩张角β和混合器及其安装位置等因素对SCR系统NO_x转化率、NH_3分布均匀性和液膜质量等的影响规律。结果表明:喷射角度和催化器扩张角的影响规律比较复杂,须根据具体情况选定;加装混合器后,可产生明显的排气旋流,有效延长UWS液滴的运动轨迹,促进其与排气的良好混合,明显提高SCR系统NO_x的转化率,它安装于喷嘴下游100～200mm处较为合理。     

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。     

Development of the On-board Diagnostics Function of SCR After-treatment System for Heavy-duty Diesel Engines

根据国家法规HJ 437-2008中对重型车排放在线故障诊断(OBD)的要求,为重型柴油机分别开发了基于NOx检测和Adblue检测的尿素选择催化还原(SCR)后处理系统的OBD功能,并得到硬件在环仿真试验的验证,其通信模式符合SAE J1939标准.     

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。     

车用尿素行业的潜力和挑战

<正>国内外重型柴油机厂家大多数采用了SCR(选择性催化还原)技术来满足国Ⅳ机动车排放标准的要求。选择SCR技术的车辆必须添加尿素溶液作为催化还原剂,使车辆达标排放。从当前国内技术来看,重型压燃式柴油机动车辆要达到国Ⅳ的排放标准,改造发动机已经比较困难,全球各大汽车生产公司纷纷把目光投向具有巨大开发     

柴油机Urea-SCR系统建模与仿真研究

分别建立了基于GT-Power软件的目标发动机模型和尿素SCR一维催化器模型,依据搭建的试验装置,验证了模型的有效性。在十三工况中,排气流量和排气温度的最大误差分别为4.13%和8.3%。在SCR催化器模型验证中,模拟值与试验值趋势一致,吻合较好。将上述模型耦合,对柴油机尿素SCR系统进行模拟分析。模拟结果表明:催化剂温度分布沿排气流向基本呈线性分布;选择催化还原反应主要集中在催化剂的入口段;催化剂的催化效能利用率与催化剂表面NH3覆盖度密切相关,随排气流向下降,提高催化剂的NH3吸附能力可以显著提高催化剂的转化效能。模拟结果可以用于柴油机尿素SCR系统控制策略的制定和SCR催化器的设计与定型。     

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。