一种发动机-后处理系统抗结晶能力的量化评价方法技术方案

一种发动机

【技术实现步骤摘要】
一种发动机
‑
后处理系统抗结晶能力的量化评价方法


[0001]本专利技术涉及一种发动机
‑
后处理系统抗结晶能力的量化评价方法，属机动车排放控制

。

技术介绍

[0002]发动机排气中含有氮氧化物这种有害物质
(
简称
NO
x
)
，其主要成分是
NO
和
NO2。NO
x
是发动机吸入气缸内的空气中的
N2和
O2在高温下的反应产物
。
发动机的排放法规对
NO
x
的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值
。
[0003]尿素选择性催化还原技术
(
简称
Urea
‑
SCR
技术
)
是发动机控制
NO
x
排放的主要技术，该技术最常见的形式是：利用尿素水溶液分解产生氨气，并且在
SCR
催化器的作用下，氨气与
NO
x
发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入不同的尿素量，对
NO
x
的排放量实现有效控制
。
[0004]尿素结晶
(
亦称尿素沉积物
)
是
Urea
‑
SCR
系统在实际应用过程中面临的普遍问题，尿素结晶的积累会引起排气背压升高，催化剂工作效率降低，使得发动机经济性和排放特性变差，严重时甚至会堵塞排气管，导致发动机无法正常工作
。
[0005]造成尿素结晶的原因既有硬件原因也有软件原因
。
硬件原因包括：尿素喷射系统性能不佳导致喷射的尿素溶液雾化不充分；混合器设计不合理导致尿素难以和排气有效混合；尿素喷射管段流场设计欠缺导致尿素分布不均；尿素混合扩散空间不足导致尿素在到达催化剂前不能充分完成水解和热解反应；排气管未采取保温措施导致的壁面激冷使得液膜难以快速蒸发等；软件原因包括：尿素喷射功能的开启温度设置过低导致水解和热解反应不能充分发生；冷启动过程常用的低速高负荷工况的原机排放未有效控制导致目标尿素喷射量过高，由此带来的高蒸发吸热进一步降低排气温度，使得
NH3无法与
NO
x
迅速发生反应进而抑制了尿素分解反应等
。
[0006]因此在整车设计开发过程中必须明确不同原因对系统抗结晶能力的影响程度，才能有针对性地提出抗结晶性能的优化方案
。
[0007]如果尿素结晶风险在开发初期便能被有效识别，则可以通过对后处理系统硬件的针对性优化以及发动机和后处理系统的软件优化实现有效控制，进而有效避免在实际工作中产生严重的结晶问题，确保发动机机
‑
后处理系统高效
、
清洁
、
稳定的服役
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是，为了在机车设计开发初期便能被有效识别尿素结晶风险，提出一种发动机
‑
后处理系统抗结晶能力的量化评价方法
。
[0009]本专利技术实现的技术方案如下
,
一种发动机
‑
后处理系统抗结晶能力的量化评价方法，包括建立符合信号采集需求的目标发动机
‑
后处理系统台架测试条件，开展尿素结晶风险的台架试验，通过对结晶现象的观测结果分类，得到后处理系统本质抗结晶能力的结晶风险程度分布图，所述方法包括：
[0010](1)
评价尿素喷射
‑
混合系统的本质抗结晶能力，通过函数关系式
β
＝
m(T
c
‑
T0)
，去拟合临界结晶状态曲线，获得后处理系统的本质抗结晶能力的评价结果：
[0011]式中，
T
c
为
SCR
入口排气温度；
T0为尿素分解反应完全发生所需的最低
SCR
入口排气温度；
A
为尿素喷射
‑
混合系统的本质抗结晶能力，
m
表征系统的抗结晶能力，同一
SCR
入口排气温度下，更大的
m
值预示着更高的临界尿素浓度，表明系统的抗结晶能力越强
。
[0012](2)
引入
NH3分布均匀性对系统抗结晶能力影响的修正系数
f
UI
，评价
NH3分布均匀性对系统抗结晶能力的影响；通过开展
NH3分布均匀性台架试验和仿真结果计算修正系数
f
UI
。
[0013]在进行
NH3分布均匀性对系统抗结晶能力的影响评价时，如果
NH3分布均匀性指标偏低，则一定会对系统的抗结晶能力造成负面影响；但当
NH3分布均匀性测试结果满足所有微单元中最高浓度与平均浓度之比小于
1.5、
最低浓度与平均浓度之比大于
0.5
这3个目标时，此时认为系统混合均匀性不会对抗结晶能力造成明显的负面影响
。
[0014](3)
引入尿素启喷温度标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
c
，评价尿素启喷温度标定对系统抗结晶能力的影响，
f
c
越低，表明系统的抗结晶能力越差
。
[0015](4)
引入瞬态标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
t
，评价瞬态标定对系统抗结晶能力的影响，当瞬态标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
t
低于1时，对系统抗结晶能力有负面影响
。
[0016](5)
引入发动机排放和排温特征带来的抗结晶能力修正系数
f
e
，评价发动机排放和排温特征对系统抗结晶能力的影响；基于发动机排放和排温特征带来的抗结晶能力修正系数
f
e
，可筛选出对系统结晶风险存在负面影响的发动机排放及排温工况点
。
[0017](6)
得出目标发动机后处理系统的综合抗结晶能力
P。
[0018]所述尿素启喷温度标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
c
的表达式为：
[0019][0020]式中，
T
s
为尿素启喷温度标定值；
T0为尿素分解反应完全发生所需的最低
SCR
入口排气温度；
T
i
为第
i
个工况点的
SCR
入口排气温度；为某一
SCR
入口排气温度点
T
i
的运行概率；
Δ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种发动机
‑
后处理系统抗结晶能力的量化评价方法，包括建立符合信号采集需求的目标发动机
‑
后处理系统台架测试条件，开展尿素结晶风险的台架试验，通过对结晶现象的观测结果分类，得到后处理系统本质抗结晶能力的结晶风险程度分布图，其特征在于，所述方法包括：
(1)
评价尿素喷射
‑
混合系统的本质抗结晶能力，通过函数关系式
β
＝
m(T
c
‑
T0)
，去拟合临界结晶状态曲线，获得后处理系统的本质抗结晶能力的评价结果：式中，
T
c
为
SCR
入口排气温度；
T0为尿素分解反应完全发生所需的最低
SCR
入口排气温度；
A
为尿素喷射
‑
混合系统的本质抗结晶能力，
m
表征系统的抗结晶能力，同一
SCR
入口排气温度下，更大的
m
值预示着更高的临界尿素浓度，表明系统的抗结晶能力越强；
(2)
引入
NH3分布均匀性对系统抗结晶能力影响的修正系数
f
UI
；评价
NH3分布均匀性对系统抗结晶能力的影响；通过开展
NH3分布均匀性台架试验和仿真结果计算修正系数
f
UI
；在进行
NH3分布均匀性对系统抗结晶能力的影响评价时，如果
NH3分布均匀性指标偏低，则一定会对系统的抗结晶能力造成负面影响；但当
NH3分布均匀性测试结果满足所有微单元中最高浓度与平均浓度之比小于
1.5、
最低浓度与平均浓度之比大于
0.5
这3个目标时，此时认为系统混合均匀性不会对抗结晶能力造成明显的负面影响；
(3)
引入尿素启喷温度标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
c
；评价尿素启喷温度标定对系统抗结晶能力的影响，
f
c
越低，表明系统的抗结晶能力越差；
(4)
引入瞬态标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
t
，评价瞬态标定对系统抗结晶能力的影响，当瞬态标定对系统抗结晶能力的影响系数
f
t
低于1时，对系统抗结晶能力有负面影响；
(5)
引入发动机排放和排温特征带来的抗结晶能力修正系数
f
e
，评价发动机排放和排温特征对系统抗结晶能力的影响；基于发动机排放和排温特征带来的抗结晶能力修正系数
f
e
，可筛选出对系统结晶风险存在负面影响的发动机排放及排温工况点；
(6)
得出目标发动机后处理系统的综合抗结晶能力
P。2.
根据权利要求1所述的一种发动机
‑
后处理系统抗结晶能力的量化评价方法，其特征在于，所述尿素启喷温度标定对系统抗结晶能力的影响系数为
f
c
，其表达式为：式中，
T
s
为尿素启喷温度标定值；
T0为尿素分解反应完全发生所需的最低
SCR
入口排气温度；
T
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天田，杨涛，张春涛，李树辉，况辉杰，程贤福，秦武，罗理辉，罗赤平，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：