论文部分内容阅读
随着我国机动车保有量持续快速增长,我国部分城市空气已开始呈现出煤烟和机动车尾气复合污染的特点,机动车尾气污染已成为我国空气污染的重要来源,严重危害着大气环境与人体的健康。针对现有的基于尿素热解的SCR系统在柴油车冷启动、低速和轻载等行驶工况下,因排气温度不足而导致的系统工作效率低,易产生沉积物,以及由此引发的催化剂失效,排气管堵塞,燃油消耗增加,OBD报警及扭矩限制等问题,本文开展了基于尿素水解的柴油机SCR尾气后处理技术研究。与尿素热解反应相比,尿素水解反应所需的温度较低,适用于柴油车各种工况的使用需求,且尿素液在水解罐内可同时完成加热、水解反应等一系列物理化学变化并直接向尾气中喷射NH3,有效避免了因尿素热解不充分而产生沉积物等问题。本文研究的主要内容如下:1.通过分析尿素水解反应的基本特性及柴油机的尾气排放特性,确定了系统的工作压力,并计算得到了系统所需尿素液的最大供给量。分析了系统的核心设计思想和要点,设计了基于尿素水解的SCR尾气后处理系统方案,介绍了该系统的组成及其工作原理,提出了系统三大主要部件的设计要求。2.根据尿素水解系统的换热性能需求,设计了尿素水解罐的基本结构,对罐体的选材进行了分析,并通过计算与ANSYS强度分析验证了水解罐的强度。详细计算了尿素水解反应吸热量,尾气放热量,以及水解罐与尿素液的换热量,并采用FLUENT软件对水解罐的换热性能进行了仿真模拟。3.根据尿素水解系统的尿素液供给量需求,研制了一种高精度隔膜计量泵,并采用AMESim软件建立了隔膜计量泵仿真模型,对其流量特性、阀芯的运动特性等进行了模拟。分析了隔膜计量泵进口阀芯的运动特性,并通过对隔膜计量泵进口单向阀阀芯的开启量进行机械限位,降低了阀芯的关闭时间和尿素液溢出对流量产生的影响。4.根据尿素水解系统的压力与喷射需求,设计了一种压力控制喷嘴,对其调压特性及其防堵塞特点进行了分析。并采用FLUENT对喷嘴的喷射特性进行了仿真模拟,探究了喷嘴芯开启量x以及喷嘴锥度角αz对喷嘴孔口截面速度及喷嘴孔口质量流量的影响。5.分别开展了隔膜计量泵的喷射精度试验、系统的水压安全与密封性能试验以及压力控制喷嘴的性能试验,并在以上试验满足系统要求的基础上开展了尿素水解系统性能试验。试验结果表明,隔膜计量泵、水解罐、管路及接头等零部件强度满足系统要求,且系统密封性能良好;隔膜计量泵的喷射精度为±3%,喷射压力为2MPa,单次排量为0.09m L,尿素液的喷射量可在13.5～40m L/min范围内调节;压力控制喷嘴具有良好的启闭特性,稳压效果良好,喷嘴的喷射雾滴粒径分布均匀,雾化效果良好;提高SCR系统的加热温度,可以提高尿素液的水解率及系统的工作效率。改变水解罐内尿素液的体积可以对氨气的产量进行有效调节。