江濤
摘 要:本文針對柴油車SCR后處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的尿素結(jié)晶問題優(yōu)化措施進行研究,提出了減小尿素噴射量、減小噴孔孔徑、優(yōu)化混合器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化DOC出氣口結(jié)構(gòu)以及尿素水溶液添加劑等五項優(yōu)化措施,并進行了試驗驗證。結(jié)果表明,五項措施均可以明顯改善尿素結(jié)晶。
關(guān)鍵詞:柴油機;SCR;尿素結(jié)晶
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.002
0 引言
2017年1月1日,全國全面實施第五階段國家機動車排放標(biāo)準(zhǔn)。相比國四標(biāo)準(zhǔn),新標(biāo)準(zhǔn)輕型車氮氧化物排放降低25%,重型車氮氧化物排放降低43%.為了滿足此標(biāo)準(zhǔn),多數(shù)主機廠在柴油車后處理方案上均采用了DOC與SCR系統(tǒng),此方案在降低氮氧化物的同時不可避免的會出現(xiàn)尿素結(jié)晶的問題,圖1為某柴油機車路試中出現(xiàn)的尿素結(jié)晶現(xiàn)象。
1 結(jié)晶機理
尿素在排氣尾管中收到發(fā)動機排氣溫度的作用發(fā)生熱解反應(yīng),產(chǎn)生氨氣,反應(yīng)過程如下:
從上述反應(yīng)過程可以看出,若發(fā)動機SCR混合器中的溫度長期在150~280℃的溫度區(qū)間內(nèi),(異氰酸)發(fā)生副反應(yīng)的幾率很大。
2 優(yōu)化方案與試驗驗證
因排氣溫度與排氣流量主要取決于發(fā)動機本體,對于主機廠而言,變更發(fā)動機本體對發(fā)動機的各項性能影響較復(fù)雜,本文主要研究發(fā)動機本體以外的優(yōu)化方案對尿素結(jié)晶風(fēng)險的改善。
2.1 優(yōu)化尿素噴射量
優(yōu)化尿素噴射量為改善尿素結(jié)晶風(fēng)險最直接的方式,在滿足排放法規(guī)要求的同時,降低各個工況點的尿素噴射量以及氨存儲量。
試驗中使用某柴油機,在同一穩(wěn)定工況點,尿素噴射量降低20mg/s,進行20小時臺架尿素結(jié)晶對比試驗,試驗結(jié)果表明,尿素噴射量的降低對結(jié)晶風(fēng)險的改善明顯,如圖2所示。
2.2 減小噴孔孔徑
試驗中使用某柴油機,在流量不變的情況下,將三孔尿素噴嘴變更為六孔尿素噴嘴,噴霧粒徑降低20um,在同一工況下,進行20小時尿素結(jié)晶對比試驗,試驗結(jié)果表明,噴孔數(shù)的增加或者噴孔孔徑的減小,可以極大的改善尿素結(jié)晶風(fēng)險,如圖3所示。
2.3 優(yōu)化混合器結(jié)構(gòu)
本研究中同時使用了兩種不同結(jié)構(gòu)的混合進行試驗,一種為蜂窩狀混合器,另一種為葉片狀混合器。
試驗中使用某柴油機,分別使用兩種不同結(jié)構(gòu)的混合器,在同一穩(wěn)定工況點,運行20小時,對比試驗結(jié)果,試驗結(jié)果顯示,混合器的優(yōu)化對改善尿素結(jié)晶風(fēng)險效果明顯,如圖4所示。
2.4 優(yōu)化DOC結(jié)構(gòu)
因DOC對排放中碳、氫及顆粒的轉(zhuǎn)化起著至關(guān)重要的作用,DOC中的涂層難以改變,故將DOC出氣口由圓柱形結(jié)構(gòu)變更為錐形結(jié)構(gòu)。
試驗中使用某柴油機,相同SCR結(jié)構(gòu),使用不同出氣口結(jié)構(gòu)的DOC,在同一穩(wěn)定工況點,運行20小時,對比試驗結(jié)果,試驗結(jié)果顯示,DOC的出氣口結(jié)構(gòu)對改善尿素結(jié)晶現(xiàn)象有直接影響,如圖5所示。
2.5 優(yōu)化尿素水溶液
采用不同的尿素水溶液,在尿素水溶液中添加某種添加劑,提高水親和性,以達到控制尿素結(jié)晶的目的。
試驗中使用某柴油機,相同結(jié)構(gòu)的DOC與SCR后處理裝置,分別使用不同的尿素水溶液(主要區(qū)別為有無添加劑),在同一穩(wěn)定工況點,運行20小時,對比試驗結(jié)果,試驗結(jié)果顯示,尿素水溶液的添加劑能夠改善尿素結(jié)晶風(fēng)險,如圖6所示。
3 結(jié)論
本文主要對柴油車SCR后處理系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)的尿素結(jié)晶現(xiàn)象進行初步研究,,提出發(fā)動機本體以外的各項優(yōu)化措施并進行試驗驗證,論證了減小尿素噴射量、減小噴孔孔徑、優(yōu)化混合器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化DOC出氣口結(jié)構(gòu)以及尿素水溶液添加劑等措施能夠有效改善尿素結(jié)晶風(fēng)險。
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