SCR系统非气助式尿素喷嘴的研制

发布时间：2020-03-26 13:37

【摘要】：机动车尾气排放威胁环境安全,为保护空气环境,国家陆续推行越来越严格的排放法规。各大柴油机厂商和汽车零部件厂商分别推出自己的尾气后处理系统,以满足排放法规的要求。SCR技术通过将尿素喷射到尾气中使氮氧化物还原成水和氮气的方式减少污染物的排放,是目前柴油机尾气处理采用的主要方式之一。尿素喷嘴是SCR系统的关键部件,有气助式和非气助式两种型式。非气助式尿素喷嘴系统简单,适用车型广而获得越来越广泛的应用。这种喷嘴一般由雾化机构和快速启闭控制部件组成,工作环境温度高、低压雾化性能及喷射精度要求严格,目前市场主要被国外产品所占领。本论文针对国内某型柴油机需求,自主研制了一种非气助式尿素喷嘴,论文的具体工作如下。提出了一种新型尿素喷嘴结构;应用修正最大流量系数法进行雾化机构设计,并对低压下雾化效果进行优化;对喷嘴流道基本参数和缝隙流对雾化效果的影响进行了分析,计算了环形缝隙流对阀芯的粘性阻力。根据密封比压的要求,对锥阀进行了设计计算,并通过APDL仿真对锥阀密封副的接触比压进行了校核。根据吸力需求进行电磁铁设计,并应用Maxwell和Simulink进行阀芯运动仿真,计算阀芯响应速度;应用Fluent对喷嘴工作时温度分布进行分析,校核工作温度下电磁铁性能。为尿素喷嘴搭建性能试验台,测定了天纳克、博世尿素喷嘴的雾化性能及自研尿素喷嘴的雾化和控制性能。试验结果表明自研尿素喷嘴的流量和雾化角满足设计要求,平均雾粒直径达到博世和天纳克尿素喷嘴的同等水平。额定压力下,随着通电时间比的增加尿素喷嘴流量线性增加,控制性能满足设计要求。
【图文】：

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和汽油机的尾气污染物主要有 CO、HC、NOX和碳烟微粒（P比高，热效率高，燃料不易挥发，尾气中的 CO 和 HC 的含NOX排放量主要和气缸中的最高温度相关，柴油机气缸中最NOX排放量与汽油机相当。柴油燃料碳链长、馏分重，燃料柴油机尾气中 PM 含量远高于汽油机，因此，柴油机的尾气气中的 NOX和 PM 进行处理，以满足排放法规要求[12]。国放氮氧化物（NOX）和碳烟颗粒（PM）含量要求越来越严格开发尾气后处理系统。不同厂家的尾气后处理产品各有不同后处理系统的原理主要有两种：第一种是 EGR+DPF 路线，R 路线。技术全称废气再循环技术（Exhaust Gas Recirculation）是指工况（功率、转速）适时开启 EGR 阀，使发动机排气管废进入进气管与新鲜空气混合再次进入发动机气缸参与燃料为典型 EGR 系统原理图，EGR 系统主要包含排气管、EGR 冷气回流环路和 EGR 阀的控制机构组成。

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使气缸中的最高温度低于 NOx 生成的临界温度，从而在源头上减生成[14]。虽然通过减小供油提前角和增大 EGR 率都能有效降低发动爆压和最高温度从而有效减少 NOx 的产生，，但是增大 EGR 率所造成上升更小，因此内燃机厂商在选择降低 NOx 的手段时倾向于使用 EGGR 技术虽然从源头上防止了氮氧化物的生成，但是也带来一系列其他气供应不充足，燃料燃烧不充分，造成发动机效率降低，尾气中颗粒并使尾气烟度提高，因此，为达到国 W 排放标准，使用 EGR 技术作手段的车辆需要加装颗粒捕集器（DPF）对尾气中的颗粒物进行处理（DPF）在工作时会捕集发动机工作时尾气中排放的颗粒，然后通过集到一起的颗粒氧化燃烧消耗掉，从而降低尾气中颗粒物的含量。然器本身对燃料中的硫含量比较敏感，当燃油中硫质量分数超过 0.005%器就会发生硫中毒，不能正常工作，此外，颗粒捕集器需要定期再生集器的再生技术本身抗硫中毒能力更差[15]。EGR 技术油耗高、抗硫中粒捕集器再生困难等问题限制了 EGR 技术的推广[16-18]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.172

【参考文献】