車用柴油機(jī)Urea-SCR系統(tǒng)數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、相對于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)的燃燒熱效率更高，油耗更低，在相同功率情況下，柴油機(jī)的輸出扭矩更大，汽車柴油化已逐漸成為未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。但是，由于柴油機(jī)混合氣的形成方式及燃燒特點(diǎn)所致，其主要污染物氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)的排放會(huì)對全球氣候和人體造成嚴(yán)重的危害。選擇性催化還原(SCR)技術(shù)效率最高，應(yīng)用最多，是降低NOx排放最成熟的技術(shù)之一。隨著汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，采用SCR技術(shù)降低柴油機(jī)NOx的排放正成為新的研究熱點(diǎn)。本文

2、針對柴油機(jī)Urea-SCR系統(tǒng)展開研究與分析，為SCR在車用柴油機(jī)上的應(yīng)用與發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
　　本文首先從Urea-SCR系統(tǒng)的工作原理入手，分析系統(tǒng)各個(gè)組件的特性，結(jié)構(gòu)，及其在整個(gè)工作過程中的作用與影響，以及從尿素溶液的蒸發(fā)熱解到催化器內(nèi)部催化還原反應(yīng)所涉及的主要化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。分析了催化器的結(jié)構(gòu)對SCR工作性能的影響。對管路中出現(xiàn)的結(jié)晶問題進(jìn)行了細(xì)致的研究，并提出了有效的解決措施。
　　基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值模

3、擬方法，對SCR系統(tǒng)建立三維模型，綜合考慮尿素水溶液的噴射、霧化、蒸發(fā)和熱解過程，噴霧和排氣管內(nèi)壁之間的相互作用以及催化劑載體進(jìn)行的選擇催化還原反應(yīng)。運(yùn)用CFD軟件AVL FIRE，對柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素噴射過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究表明，液膜的形成主要取決于排氣溫度及液滴撞壁量，在低溫低工況下需減少尿素噴射量，適當(dāng)提高尿素噴射壓力。氨濃度分布不均主要集中在中，高工況下，提高尿素噴射角度可有效的解決管路尿素結(jié)晶的問題，混合器的加裝對于提高氨

4、濃度分布均勻性效果明顯，本文對混合器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在保證氨氣均勻分布的同時(shí)降低了系統(tǒng)的壓力損失。
　　最后對Urea-SCR系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)研究，詳細(xì)分析了開環(huán)尿素噴射控制策略，并對尿素的噴射量進(jìn)行計(jì)算與修正。分別進(jìn)行ESC和ETC循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)SCR處理后各污染物的排放量均滿足國Ⅳ排放法規(guī)的要求，其中NOx的平均轉(zhuǎn)化效率為67.4％，ESC循環(huán)過程中尿素與燃油消耗量之比僅為5％，氨的泄漏量也遠(yuǎn)低于法規(guī)的