【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢内燃机测试，特别是涉及一种基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统及方法。
技术介绍
1、氮氧化物(nox)是氢内燃机主要排气污染物之一，选择性催化还原(selectivecatalytic reduction，scr)是有效抑制nox排放的主要技术路线。scr系统在催化剂作用下，利用还原剂(尿素)与nox反应生成无污染的氮气(n2)和水(h2o)。随着用户需求提高，人们开始关注内燃机及整车的尿素经济性以降低使用成本，实现尿素消耗量的测量是该研究的关键前提。另外，“氢平衡法”是判定氢内燃机台架试验有效性的一种必要手段，但若搭载scr系统，则会引入外部氢元素(尿素水溶液中的h2o和尿素(co(nh2)2)，这将为氢平衡法的应用带来挑战，有必要对尿素消耗量进行测量从而获取外部引入氢含量。
2、当前实现尿素消耗量的测量有以下几种方式：第一，质量分析法。采用高精度天平测量尿素罐在试验前后的质量，质量差即为尿素消耗量。该方法原理简单，对天平精度要求较高，称重过程需人为拆卸尿素管路，易使尿素溅落造成较大偏差；第二，液位法。在试验前后分别读取内燃机电子控制单元数据中的“尿素液位”，再通过企业给定的尿素罐尺寸计算得到尿素消耗量。由于“尿素液位”大多为非连续值，该方法测量精度较差，难以推广使用；第三，流量法。采用质量/体积流量计对尿素溶液流量进行实时监测，再以时间积分得到尿素消耗量。该方法能实现瞬态测量，对流量计的灵敏度要求较高，需破坏原有的尿素供给系统，在尿素泵上游或下游加装流量计，企业产品尺寸差异也可能造成
3、由此可见，针对搭载scr系统的氢内燃机建立一种尿素消耗量的试验方法及系统，具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统及方法，该系统及方法基于碳元素的质量守恒，无需破坏原有的尿素供给系统，试验可操作性强；无需创建新的试验工况，最大化利用现有标准试验循环，与现有标准的协调性强；可与排放测试、氢耗测试同时进行，能够实现尿素消耗量的实时在线测量。
2、本专利技术第一方面，提供一种基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统，包括测功机、氢内燃机、进气质量流量计、进气温度湿度传感器、氢气质量流量计、第一排气直采分析仪、scr系统、尿素罐及尿素供给系统、第二排气直采分析仪、cvs全流稀释采样系统：
3、所述氢内燃机的连接有测功机，所述进气质量流量计与进气温度湿度传感器串联在所述氢内燃机的进气管路上，所述氢气质量流量计装在所述氢内燃机的氢气供给管路上，所述氢内燃机的排气管路上有scr系统，所述排气管路的末端连接cvs全流稀释采样系统，所述排气管路的侧壁上连接有第一排气直采分析仪以及第二排气直采分析仪，所述scr系统连接尿素罐及尿素供给系统；第一排气直采分析仪以及第二排气直采分析仪隔开布置在所述scr系统的尾气进入侧以及尾气排出侧，且位于所述cvs全流稀释采样系统的尾气进入侧；所述第一排气直采分析仪，用于测量尾气排放含氢组分以判定试验有效性，所述第二排气直采分析仪，用于co2的排气直接采样测量，所述cvs全流稀释采样系统，用于co2的全流稀释采样系统测量。
4、其中，在试验过程中，在所述第二排气直采分析仪与cvs全流稀释采样系统中选择一个仪器进行co2排气采样测量。
5、本专利技术第二方面，提供一种基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验方法，基于本专利技术第一方面所述基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统实现，包括步骤：
6、s1.对尿素水溶液进行品质分析，获得尿素水溶液中以质量分数计的尿素含量；
7、s2.确定试验工况；
8、s3.尾气排放co2比排放量计算：试验过程中全程采集记录氢内燃机尾气排放co2浓度，基于燃料组分分析获得的燃料氢质量百分比walf、氮质量百分比wdel和氧质量百分比weps，计算尾气排放co2排放质量；基于测功机计算的实际循环功以及计算尾气排放co2排放质量，计算得到整个试验循环尾气排放co2比排放量；
9、s4.尿素消耗量计算：基于计算得到的尾气排放co2比排放量，co2中碳元素的质量百分比，尿素中碳元素的质量百分比以及尿素水溶液品质分析得到以质量分数计的尿素含量，利用下式计算尿素消耗量：
10、
11、式中：
12、c尿素水溶液——试验循环尿素消耗量，g/kw·h；
13、i——试验次数，表示试验进行的次数，i＝1，2，3，4，……，n；
14、——尾气排放co2比排放量，g/kw·h；
15、——co2中碳元素的质量百分比，％；
16、——尿素中碳元素的质量百分比，％；
17、ω尿素——尿素水溶液中以质量分数计的尿素含量，％。
18、其中，所述试验工况采用世界统一瞬态循环whtc。
19、其中，所述试验工况采用中国发动机瞬态试验工况。
20、其中，试验过程中全程采集记录氢内燃机尾气排放co2浓度时，数据采集记录频率不低于10hz。
21、其中，试验前对尿素水溶液进行品质分析时，根据权威检测机构出具的检测报告，获得尿素水溶液中以质量分数计的尿素含量。
22、其中，在试验循环之前，对氢内燃机磨合且后处理系统激活稳定和预处理后，运转氢内燃机至额定工况，调整试验边界条件，确认后进行净功率性能核查，确保满足预设标准要求；性能核查结束后停机，热浸；热浸结束后起动内燃机连续运行三次试验循环，相邻whtc循环或中国发动机瞬态试验工况间内燃机须热浸。
23、其中，三次试验循环完成后，采用以下方式进行试验有效性判定；
24、利用第一排气直采分析仪在试验循环中测得的尾气排放含氢组分h2o、nh3、h2的浓度以及燃料组分分析中获得的目标参数，采用氢平衡法对三次试验循环分别进行有效性判定，判定结果可用下式表示：
25、
26、式中：
27、bsfc％——试验循环氢气消耗率相对偏差，％；
28、bsfc基于排放物计算——根据第一排气直采分析仪测得的尾气排放含氢组分的浓度计算出的尾气氢含量以及燃料组分分析获得的燃料氢含量计算出的bsfc，g/kw·h；
29、bsfc基于氢气质量流量计计算——根据氢气质量流量计计算出的bsfc，g/kw·h。
30、若bsfc％处于±3.0％内，则试验循环有效；若试验循环无效，调整后重新进行试验：通过有效性判定后，3次whtc试验循环或3次国内发动机瞬态试验工况的尿素消耗量试验结果的算术平均值作为本次尿素消耗量结果。
31、本专利技术无需破坏原有尿素供给系统及供给管路，就能够实现尿素消耗量的实时在线测量；采用现行标准或后续相关标准规定的标准试验循环作为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验系统，其特征在于，包括测功机、氢内燃机、进气质量流量计、进气温度湿度传感器、氢气质量流量计、第一排气直采分析仪、SCR系统、尿素罐及尿素供给系统、第二排气直采分析仪、CVS全流稀释采样系统：
2.根据权利要求1所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验系统，其特征在于，在试验过程中，在所述第二排气直采分析仪与CVS全流稀释采样系统中选择一个仪器进行CO2排气采样测量。
3.基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验系统实现，包括步骤：
4.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，所述试验工况采用世界统一瞬态循环WHTC。
5.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，所述试验工况采用中国发动机瞬态试验工况。
6.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，试验过程中全程采
7.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，试验前对尿素水溶液进行品质分析时，根据权威检测机构出具的检测报告，获得尿素水溶液中以质量分数计的尿素含量。
8.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，在试验循环之前，对氢内燃机磨合且后处理系统激活稳定和预处理后，运转氢内燃机至额定工况，调整试验边界条件，确认后进行净功率性能核查，确保满足预设标准要求；性能核查结束后停机，热浸；热浸结束后起动内燃机连续运行三次试验循环，相邻WHTC循环或中国发动机瞬态试验工况间内燃机须热浸。
9.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机SCR系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，三次试验循环完成后，采用以下方式进行试验有效性判定；
...【技术特征摘要】
1.基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统，其特征在于，包括测功机、氢内燃机、进气质量流量计、进气温度湿度传感器、氢气质量流量计、第一排气直采分析仪、scr系统、尿素罐及尿素供给系统、第二排气直采分析仪、cvs全流稀释采样系统：
2.根据权利要求1所述基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统，其特征在于，在试验过程中，在所述第二排气直采分析仪与cvs全流稀释采样系统中选择一个仪器进行co2排气采样测量。
3.基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验系统实现，包括步骤：
4.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，所述试验工况采用世界统一瞬态循环whtc。
5.根据权利要求3所述基于碳平衡的氢内燃机scr系统尿素消耗量试验方法，其特征在于，所述试验工况采用中国发动机瞬态试验工况。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉绪，吴涛阳，吴春玲，景晓军，郭向阳，庞国民，李劲松，庞永胜，韩松，张睿钊，闫鹏勇，王振宇，刘卫林，高旺，杨素霞，黄海营，
申请(专利权)人：中汽研汽车检验中心天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
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