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原文传递 SCR系统在高压共轨轻型车用柴油机上的应用研究

论文题名：	SCR系统在高压共轨轻型车用柴油机上的应用研究
关键词：	车用柴油机;高压共轨;催化还原;排放控制;转化效率
摘要：	柴油机凭借动力性强、经济性好、热效率高的优点在汽车领域得到广泛应用。但随着环境的不断恶化，汽车的排放法规也在不断发展变得严格。柴油机的主要排放物是NOx和PM，两者的关系是此消彼长。各国都在努力研究如何降低柴油机主要污染物。这对于柴油机的发展有重大意义。　　本文首先概括了柴油机主要排放控制技术，包括机前处理、机内净化以及排气后处理技术，介绍了主要污染物的危害和生成机理。并着重分析研究了排气后处理技术中的选择性催化还原技术（SCR），对国内外SCR的研究现状进行了对比，阐述了SCR系统的组成、工作原理与催化反应机理。　　通过搭建试验台架来分析 SCR后处理系统尿素分解过程，研究了不同尿素分解状态下如不同排气温度、不同排气流量、不同尿素喷射速率与不同尿素分解距离时尿素分解的状况。通过研究发现提高排气温度，有利于尿素分解。而在排气流量过大时不利于尿素溶液发生反应。尿素喷嘴在不同压力下产生不同的尿素喷射速率，随着喷射速率的提高，SCR后处理进行还原反应的效率越高。尿素分解距离对尿素溶液的分解影响是综合的，适当的提高尿素喷嘴到反应器的距离有利于排气与尿素充分混合，但是距离柴油机排气口更近更加有利于利用排气温度而提高反应温度从而促进还原反应的进行。　　针对 SCR系统在柴油机应用过程产生尿素结晶的问题，利用同步热分析仪（TGA/DSC）对尿素以及SCR排气管处尿素结晶进行了热分解分析，分析控制尿素结晶的方向。通过试验得出保持催化反应器一定的反应温度可以有效减少尿素结晶状况。　　通过AVL BOOST模拟软件对SCR进行了模拟研究，研究分析了模型基本方程、燃烧模型、排放模型以及化学反应模型，并设置相关边界条件与初始条件及参数，建立了 SCR后处理催化器一维模型以及柴油机整机模型，并对模型进行验证。　　模拟分析了反应条件因素如空速、温度、氨氮比、NO2/NOx和结构因素如载体体积、长度、目数、壁厚、涂层厚对SCR催化器NOx转化效率的影响，模拟研究表明：温度对NOx转化效率的影响较大，在375℃—425℃之间，转化效率达到最优，转化效率提高幅度最大达到67%，说明温度对转化效率的影响十分明显。当温度过高后，转化效率会有所下降。温度过低，转化效率达不到最优，SCR反应不能高效进行。空速的大小也是影响 NOx转化效率的一大因素，随着空速的增大，当超过某一值时，转化效率会下降，幅度最大达到41%。同时随着氨氮比的上升， NOx转化效率一直上升直到氨浓度不能够影响转化效率为止。当NO2/NOx为50%时，SCR转化系统的效率最高，更多的进行了快速反应。结构方面增大SCR催化器载体体积有助于提高SCR催化器NOx转化效率，在低温状态下提高幅度达到70%。载体长度对于SCR催化器NOx转化效率影响不大。另外载体目数与载体涂层厚度的增大都会使得 NOx转化效率稍微上升。载体壁厚是影响载体结构强度的重要因素，壁厚过大会导致 NOx转化效率下降。最后模拟分析了SCR催化器对柴油机整机性能的影响。　　最后通过台架试验测试了十三工况下柴油机NOx排放，测量结果为1.629g/（kW·h），同时针对SCR匹配氧化催化转化器（DOC,diesel oxidation catalyst）后测量柴油机CO、HC排放，结果为0.007g/（kW·h）、0.005g/（kW·h），SCR系统能够使得该高压共轨轻型车用柴油机达到国V排放标准。
作者：	游靖
专业：	动力工程
导师：	罗福强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文