车用SCR低温解冻控制策略及试验研究

发布时间：2020-11-18 22:41

　　 随着社会发展和人类的进步,环境问题成为了现代人类最关注的问题。目前,空气中氮氧化物的增多对环境造成了极大的污染。柴油机以其热效率高、油耗低、动力强等优势被广泛应用于中重型车辆及非道路车辆上,但柴油机氮氧化物排放过高的问题依然是现在发动机后处理技术研究重点。目前国内外学者对于氮氧化物后处理技术、SCR(选择性催化还原)技术及催化剂的工作特性等进行了大量的理论试验及研究,并取得了良好的进展。但对于SCR在低温地区使用时所带来的尿素溶液冻结的解冻问题所作的研究较少,因此本文提出了尿素解冻的控制策略,并通过建立低温解冻试验台对SCR系统的尿素供给系统及尿素箱低温时的解冻特性进行了试验研究,试验并验证了自己提出的工作策略的效率,对SCR系统在寒冷地区的使用具有十分重要的意义。首先,提出了关于SCR系统的解冻策略,根据SCR系统各部分加热方式的不同,将其分为尿素箱及尿素供给系统两大部分,分别制定了解冻策略,采用电加热与发动机冷却液两种加热方式,因地制宜的对不同的系统采用不同的加热方式,并通过电磁阀及继电器的开启和关闭来控制加热与否。其次,设计并搭建了 SCR解冻试验台,用来验证提出的控制策略的可行性。该系统主要有两部分组成,即尿素控制系统及SCR系统安装台。通过建立数学模型,对不同加热方式需求的加热量进行计算,为加热器及加热管路的选型提供依据。再次,对试验台的细节进行介绍,主要包括实验所用的测试仪器及测试方法。为模拟实车行驶时发动机冷却液温度及流量的变化,试验台的加热器的加热功率及出水流量都能得到有效的控制,可以模拟车辆的任何一个稳定状态。配备的数据采集软件能够准确的采集尿素箱进出口的冷却液温度,冷却液流量,8个测点的尿素温度及SCR系统本身自带的尿素温度及流量传感器,最后,通过在自行搭建的小样试验台上进行详细的台架试验和简易的实车验证,将该控制策略在各个阶段的可行性进行深入的评估。试验结果显示,尿素供给系统的加热器选型需要在计算的功率上扩大100%,才能满足需求。对于尿素箱的解冻,则只是简单的控制电磁阀及发动机冷却液的温度不能满足需求,需要其他因素的辅助。试验表明,相同条件下,螺旋加热管的解冻效果优于U型管,振动时的尿素箱解冻速率更快,在使用相同的形状的加热管时,解冻速率随着加热流量的变大而变快。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：U464
【部分图文】：

（４）?ＳＣＲ?（选择性催化还原）??目前，国际主流的消除氮氧化物的柴油机后处理技术为尿素－ＳＣＲ技术，己??在全球范围内得到广泛的应用，该技术是将尿素作为还原剂与发动机尾气中的氮??氧化物进行还原反应，将氮氧化物还原成空气中的氮气，目前常作为还原剂的物??质有３２．５％尿素水溶液、氨水等，也有部分研宂机构尝试了固态的还原剂铵盐等。??而目前使用最为广泛的还原剂是尿素水溶液，其具有储存方便，运输安全，还原??效率高等优点｜１３）。??水洛液??催化削???＞?Ｍｔ！??图１－１?ＳＣＲ技术的反应过程??（５）?ＬＮＴ?（ＮＯｘ捕集技术）??ＬＮＴ又被称为Ｎ０Ｘ＃储还原（ＮＳＲ），其该系统主要运行在发动机的稀燃和??浓燃循环工况条件下。在稀燃阶段时，将发动机运行产生的氮氧化物存储在ＬＮＴ??的催化剂中，等待发动机进行到浓燃阶段时利用排气中大量的还原性气体（如一??氧化碳、氢气和碳氢化合物等）将氮氧化物释放出来并反应将其还原成空气中的??氮气，从而达到去除氮氧化物的目的。ＬＮＴ相比于ＳＣＲ具有结构简单，不需要??还原剂的优点，其使用成本得到大大降低而受到广泛关注１１４］。??１．?１．３研究意义??目前，尿素－ＳＣＲ后处理技术在全世界范围内被广泛使用，来降低柴油机尾??气中的氮氧化物排放，各个研究机构都在此方向上进行了巨大的努力并取得了可??５??

?山东大学硕士学位论文???力口，尿素的冰点呈现先减少后增加的趋势，当尿素的质量分数为３２．５％时，尿??素的冰点达到最小值－１１?°Ｃ。??－??５０?－?／??４０?－?／??ｐ?／??ｇ?／??ｉｎ?－?ｙ??ｕ：??２０?Ｉ?■?ｉ?？?ｉ?？?ｉ?．?ｉ?里?．．．ｉ?？?ｉ?．?ｉ??－１０?０?１０?２０?邡?Ｋｌ?ｒｉｆｔ?６０?７０?Ｒ（ｌ??尿农的成Ｍ分紱（％）??图２－］尿素的冰点随质量分数的变化??２．?２?ＳＣＲ的加热方式及布置??为了保证ＳＣＲ系统可以在极寒地区良好工作，需要为ＳＣＲ系统配备加热与??解冻的能力。ＳＣＲ系统的解冻和加热需要关注的地方为以下两个方面：即尿素??的存储装置尿素箱加热和包括尿素循环管路，尿素泵等的尿素供给系统加热。??尿素箱和尿素供给系统的加热方式一般不同，尿素箱的加热一般采用冷却液流??经加热管与尿素对流换热的加热方式，视情况如尿素箱大小等，也可以采用电??加热方式，尿素供给系统由于形状不固定一般采用电加热方式，在某些特殊情??况下如受限于电路设计等也可使用冷却液流经加热管路到的加热方式，图２－２??为尿素加热系统的控制简图。??回水管?尿蒺泵尿素泵及控制单元??一?、ｒｗ＼Ｎｗ??匕?ｇ??「ｆ．办?，？：?Ｈ?：从尿?ｆ?咖ｆ?Ｃ?传??．＾?關丨■■丨■丨丨■二丝滤的器■感??＜?Ｉ?Ｈ?ｔ?广…）?ｓ??ｍ：．?謎筘传ｕ議敁錢温度?从、从??．．．．［＊?＇?＼＼＼?＾?ｉｉ??＇．ＩＫ?－?Ｔ！?＾——??減?Ｖ?Ｊ?——??图２－２尿素供给单元的布置简易结构图??１２??

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本文编号：2889308