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柴油机以其动力性强、燃油经济性好的突出优势加速了未来车辆动力柴油机化的趋势,现代柴油机设计及制造领域面临经济性、环保性双重课题,其中控制氮氧化物(NOx)排放水平是当今行业内亟待研究提高的关键技术之一。 本文通过深入分析了目前柴油机控制NOx排放的主要方式以及实施过程存在的关键问题,以更适合我国国情的选择性催化还原技术(SCR)为目标,综合运用计算机辅助设计相关软件,采用模拟仿真与样机测试相结合的方法,达到促进企业现行SCR技术应用水平提高的目的。 文中以国企在产某型六缸柴油机排放后处理系统为研究对象,通过深入生产现场考察,收集处理大量文献资料,认真学习 SCR系统工作原理及计算机辅助设计相关理论,确立了解决 SCR后处理系统管路内出现了尿素沉积物问题的正确路径。依据其主要技术参数以及计算机建模、仿真等软件环境的具体需要,运用UG软件建立废气排放管路三维模型;在AVL FIRE软件环境中采用数值模拟技术,对所建几何模型进行模拟运行,分析管路中尿素沉积物的形成过程及影响沉积物的主要因素;通过优化处理管径尺寸、喷嘴方位、混合器布置等硬件结构参数,实施针对性调整并对制订的多个方案再仿真运行,经分析比较基于多目标优化结果确定最终设计方案。从催化器结构和形状入手,选择了适合目标柴油机后处理系统的筒式催化器与优化后的管路匹配,从催化器性能评价测试及封装流场均匀性试验两个方面,验证所选用设计方案的合理性,并改进企业现有整机实验设备,对试制的样机完成 ETC,ESC等测试和检测结果评价。 数值模拟结果分析和实物测试数据表明,优化后的SCR后处理系统较原型系统在防止管内尿素结晶和废气处理效率有明显提高,沉积物抑制率达到95%以上,NOx转化率超过68%,符合现行国IV柴油机排放标准。