柴油机尿素SCR催化器的数值模拟及试验研究

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1、柴油机尿素SCR催化器的数值模拟及试验研究摘要柴油机的两大主要污染物微粒和氮氧化物是此消彼涨的关系，单一的机内净化技术或机外后处理技术很难同时降低这两种污染物。目前，在优化燃烧的前提下利用尿素SCR技术可以有效的降低柴油机两大污染物排放水平。针对尿素SCR系统，本文主要研究内容和结论：(1)对不同封装结构的尿素SCR催化器进行了三维建模，并利用CFD技术对催化器内部的速度场和压力场进行了模拟研究。研究发现初始方案中的催化器在压力损失不能满足预期的要求；将催化器封装结构调整后，其压力损失满足设计要求。(2)基于潍柴W

2、Pl0．375柴油发动机，安装满足压力损失要求的SCR催化器。在标定前，测量发动机氮氧化物的排放特性和排气流量，并完成ESC循环实验，测出裸机排放。根据排放特性和排气流量对尿素SCR系统进行了整机标定，标定完成后再次通过ESC循环对发动机排放进行鉴定，结果表明配有该SCR催化器的柴油发动机其氮氧化物和微粒的排放达到国Ⅳ排放要求。(3)对与氮氧化排放相关OBD进行标定和实验验证，成功实现了系统出现故障时成功报警和氮氧化物排放超标时限扭或报警的功能。对尿素SCR系统在载重车上的安装布置及安装技术要求进行了研究，并在整车

3、上进行了试验验证。结果表明各零部件振动及可靠性满足设计要求。关键词：柴油机；尿素；氮氧化物；选择性催化还原；计算流体动力学工程硕士学位论文AbstractThetwomainpollutantsindieselengineareparticularandN0x，andtherelationshipbetweenthemistrade-off．ThesingleinsidepurificationoraftertreatmenttechnologyisdifficulttoreducebothofthePMandNO

4、x．Atpresent，onthebasisofoptimizedcombustion，theUrea-SCRtechnologycanreducethePMandNOxeffectively．FortheUrea-SCR，themaincontentandconclusionofthisthesisare：(1)ForthedifferentstructureoftheSCRcatalyticconverter,the3Dmodelwasbuilt．Thefieldsofthevelocityandpressur

5、eintheconverterweresimulatedandstudied．Theresultsshowthatthepressurelossishigherthanthedesignvalue．Afteradjustingthestructureoftheconverter,thesimulationresultsshowthatthepressurelossofconvertermetthedesignrequirement．(2)BasedonWEICHAIdieselengineWPlO．375，moun

6、tedSCRcatalystwhichissatisfiedthedemandofpressureloss．MeasuredNOxemissioncharacteristicandairflow,finishedECScycletestandmeasuredtheemissionresultwithoutSCR，thencalibratetheSCRsystembasedontheemissionresult．RechecktheengineemissionwithESCcycleaftercalibration，

7、itshowedthatNOxandPMemissionoftheenginewhichmountedtheSCRcatalystissatisfiedwiththeCHINAIVemissionlegislation．(3)TovalidatetheNOxemissionrelatedtoOBDwithcalibrationandtest，successfullyachievedthefunctionsoftorquelimitedoralarmwhensystemerrorandNOxemissionexcee

8、dedthelimit．StudiedthemountingandtechniquerequirementsoftheSCRsystemwhichismountedonthecommercialvehicle，finallytestedthemonthevehicle，theresultshowedthevibrationandreliabilityofea