降低车用柴油机nox排放的scr技术控制策略的研究.pdf

山东大学
博士学位论文
降低车用柴油机NOx排放的SCR技术控制策略研究
姓名:佟德辉
申请学位级别:博士
专业:热能工程
指导教师:李国祥;孙少军
20091120
摘要柴油机由于具有动力性强、耗油率低等优势,在中/重型客、货车上得到了广泛的应用,但柴油机的主要排放物蚉薹ㄏ衿突欧盼机内排放控制新技术的基础上,研究、开发适合于柴油机的先进排气后处理技术是柴油机生存和发展的关键。在商用车满足欧Ⅳ、欧欧欧ü婕术路线中,目前国际上普遍采用如下两种技术路线,一是通过燃烧系统优化降低机内颗粒物的生成量,然后采用选择性催化还原蟠砑术降低呐欧牛黄涠峭ü掀傺降低机内可以通过优化缸内燃烧来改善燃油消耗和较强的抗硫中毒能力等优点,作为控制车用柴油机尾气排放的重要手段在欧洲等发达国家和地区已经得到了广泛的应用,对于改善由柴油汽车尾气造成的大气污染发挥了重要作用。由于我国排放法规体系等效采用欧洲法规体系,考虑到我国的国情和技术的移植便利性,我国各主要整车厂和柴油机企业也倾向于采用术作为满足未来更严格排放要求的主要技术措施。目前,虽然国内几家主要车用柴油机企业已经在柴油机领域开展了际醯难芯浚ɑ旧弦怨饧际跻τ梦V鳎诵募际跞灾饕U握在国外相关厂家手中,这成为我国该技术推广和应用的主要瓶颈,而我国随着道路运输的快速增长,车用柴油机需求量也正在迅速增加,其污染物的治理刻不容缓,急需成本低廉、性能高效的牌蟠砑际鹾妥置。因此,有关际醯墓芯咳找娼羝龋杂赟技术从催化剂性能研究、催化转化器优化设计到尿素喷射系统的控制策略的研究与应用、低车目7⒑捅甓ǎ俚秸鱿低吃谡瞪系募珊推ヅ溆τ玫研究非常必要。本课题针对际踉赪盗胁裼突系目7ⅰ⑵ヅ洹⒈甓ㄎ;础,采用试验评价、理论分析、数值模拟和试验验证相结合的方法对技术实际应用进行了研究。主要内容包括:呋从ο低车难芯俊⒛那样可以通过采用三效催化转化器有效地解决,因此,在发展现有柴油机量,然后采用颗粒物后处理技术降低颗粒物的排放。以尿素为还原剂的技术由于具有摘要
素喷射控制策略和尿素喷射量标定的研究、际鮋系统的开发与标定、低吃诤涞厍褂霉讨写嬖诘闹饕N侍夂徒饩龃胧首先,本文对呋从ο低持蠨效率的影响因素进行了研究,包括载体和催化剂的优化筛选、催化转化器结构的设计和优化、尿素喷射段管路内液滴粒子的分布等三个方面的内容。通过催化剂和载体的对比试验结果表明,规格为的载体虽然压力损失最大,但影响并不明显,从成本和产业化的角度,可以选择其作为试验用催化剂载体;催化剂样品蘼墼贒效率还是防止氨气逃逸方面都优于样品揖老化试验后性能也未明显下降,因此,选择催化剂样品魑O乱徊绞匝的催化剂。设计了适用于重型车用发动机的箱式呋;鳎⒗际踅辛擞呕杓啤6约钢执呋;魃杓品桨傅募扑憬峁砻鳎入口管串孔区域长度和开孔区域角度范围分别存在一个最佳长度和角度范围可以使得各载体流量的分配最均匀;另外,在入口管底部设置一多孔式导流板可以消除底部的涡流,有利于改善流动效果,减少压力损失。利用际醵阅蛩嘏缱斓牟贾梦恢谩⒔嵌群团牌苤本洞笮〗辛硕嘀址案的对比计算和分析,并根据计算结果确定了合适的喷嘴安装位置和喷嘴安装角度,为牌芏蔚纳杓铺峁┝死砺壑傅己筒慰迹参猄系统与发动机的匹配试验打下了良好的基础。良好的喷射策略不仅可以缩短标定周期,提高工作效率,而且能够在满足排放目标的前提下节省尿素的消耗。本文以低吃赪裼突上的开发、匹配和标定为基础,在发动机台架上对际跄蛩嘏缟湎低进行了试验研究,实现了通过对尿素喷射量的控制既满足国Ⅳ排放法规要求,又避免过量的氨气逃逸。这对制定科学的尿素喷射控制策略和高效、合理的ヅ洹⒈甓芄黄鸬交ǖ拇俳饔谩Q芯磕谌莅ǎ耗蛩嘏射的控制策略、尿素喷射量的优化标定、催化转化器动态温度修正等方面。在对尿素喷射策略研究分析的基础上,根据对标定经验的总结,并参照相关技术资料提出了稳态测试条件下尿素喷射量的优化标定方法,并建立了可以在馐匝繁甓ü讨卸訬综合排放量进行估算的标定估算模型,在蛩嘏缟淞康谋甓ü讨校梢远訬的控制有的放矢。实践证明该方法可以明显提高工作效率、节省标定时间、缩短标定周期。
通过对尿素喷射策略和催化转化器动态温度修正的研究,及虴测试循环试验结果表明,开启动态修正后在保证欧帕柯阋G蟮那提下能够有效减少尿素消耗量;在瞬态工况下,还可以有效降低右造成的二次污染;同时,稳态工况下的尿素喷射量还需要进一步的合理优化,尽量减少动态修正的比例,提高低车睦眯ЧA硗猓υ谟化呋;鹘峁沟那疤嵯陆徊剿跣〈呋猎靥逄寤约跣≡靥的储热总量,提高催化转化器在发动机工况发生变化时对温度的瞬态响应由于从国家第Ⅳ阶段开始要求必须安装低常远設系统的控制策略和控制算法的研究、系统开发及标定等工作就非常必要。本文根据低车募觳夤δ茉砗图觳饧际跻G螅谟τ肧技术的重型车用柴油机上进行了控制阶段的开发