柴油机SCR低温解冻试验台设计与低温试验研究--《山东大学》2013年硕士论文
柴油机SCR低温解冻试验台设计与低温试验研究
【摘要】：随着城市化的发展,环境污染与能源紧缺问题日益严峻,空气中氮氧化物的污染问题受到了人们的广泛关注。柴油发动机以其油耗低、功率高的优势被广泛用于中重型车辆上,但其带来的NOx排放问题,成为当下机动车后处理技术研究的热点。国内外学者对NOx后处理技术、选择性催化还原(SCR)技术、SCR催化剂活性等进行了一系列的理论及试验研究,并取得很大进展。但在SCR系统低温工作特性方面研究较少,因此本文对SCR尿素箱、尿素供给单元以及尿素喷射单元的低温特性进行了试验研究,探讨了在不同影响因素下尿素箱的解冻效果,通过分析尿素箱解冻的时间以及温升情况,寻求最优的加热方案,提出尿素箱解冻成功的新判据,对SCR技术在寒冷地区的使用具有重要意义。
首先,设计并搭建了SCR低温解冻试验台。SCR系统解冻所需要的能量由两部分组成,尿素解冻所需要的能量由高温冷却液提供；尿素泵、尿素喷嘴、尿素管路的加热由24V电源提供。采用电加热器为试验提供高温冷却液,所以对尿素解冻需要的热量建立数学模型,并估算了冷却液沿程管路的散热量,为加热器的选型提供理论依据。
其次,介绍了试验台中管路连接和电气连接。管路连接包括冷却液管路、尿素管路。实车上,喷嘴的冷却液循环不受加热电磁阀的控制,而在试验台上都由加热器出口阀门控制。电气连接包括电路连接和通讯连接,数据采集软件能够采集冷却液进、出口温度、冷却液流量、16个测点的尿素温度、吸液口处的尿素温度等信息,并且可以根据试验需要设定冷却液流量和温度。
再次,根据影响尿素解冻效果的不同因素,进行对比试验。利用Matlab软件对解冻试验数据进行处理,绘出尿素箱内温度场分布图。分析尿素解冻试验数据得出：相同条件下,螺旋加热管的解冻效果优于U型管的加热效果；尿素箱振动状态下的解冻效果优于尿素箱静止状态下的解冻效果；全部采用U型加热管时,尿素解冻时间随着冷却液流量的增大而减小；且加热管形状比冷却液流量更能影响解冻效果。为更全面地分析箱内尿素固液分布,建立尿素解冻仿真模型,得到箱内尿素温度变化与试验结果一致；根据尿素温度传感器附近尿素温度变化规律,总结出尿素温度达到-10℃作为尿素解冻成功的判据,是可靠的,并且可以减少柴油车在暖机过程中NO_X的排放量。
最后,为了在试验台上测试SCR系统主要部件性能,且尽可能少的依靠整车＼发动机信息,开展尿素喷射策略优化,以Bosch Denoxtronic(?)2.2ECU单元为基础,设计开发SCR喷射单元控制器DCU。控制板上利用电位器模拟发动机转速、扭矩,用按钮开关模拟车辆钥匙开关状态。通过调试发现该DCU能够正常完成实时监控尿素泵及尿素箱的工作信息,接收来自ECU的喷射量,控制尿素泵及喷嘴实现计量喷射的整个工作流程。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TK427【目录】：
目录4-7摘要7-9ABSTRACT9-111 绪论11-21 1.1 研究背景及意义11-13 1.2 柴油机NO_X的生产机理及危害13-15
1.2.1 NO_X的产生机理13-15
1.2.2 NO_X的危害15 1.3 国内外柴油机NO_X净化技术15-18
1.3.1 EGR+DPF技术15-16
1.3.2 LNT技术16-17
1.3.3 Urea-SCR技术17-18 1.4 车辆SCR技术在国内外应用现状18-19
1.4.1 Urea-SCR技术在国外应用现状18-19
1.4.2 SCR技术在国内的研究和应用现状19 1.5 课题的提出及研究内容19-21
1.5.1 课题选题背景19
1.5.2 课题主要研究内容19-212 试验方案与台架设计21-40 2.1 试验方案的设计21-26
2.1.1 试验台工作原理21-22
2.1.2 尿素溶液的性质22-23
2.1.3 试验台热交换总功率的计算23-25
2.1.4 冷却液流量的确定25-26 2.2 试验台架设计26-27 2.3 移动热源控制台27-31
2.3.1 24V直流电源27
2.3.2 加热器及附属装置27-29
2.3.3 冷却液电磁阀29
2.3.4 工业热凤机及附属装置29
2.3.5 流量及温度测量单元29-31 2.4 SCR系统安装台31-32
2.4.1 Bosch Denoxtronic(?)2.2 ECU单元31-32
2.4.2 Bosch Denoxtronic(?)2.2泵模块32
2.4.3 Bosch Denoxtronic(?)2.2喷嘴模块32 2.5 试验台管路连接32-34
2.5.1 实车冷却液循环33
2.5.2 试验台冷却液循环33-34
2.5.3 试验台尿素循环34 2.6 试验台电气连接34-38
2.6.1 移动热源控制仪加热电路35-36
2.6.2 移动热源控制仪控制电路36-37
2.6.3 试验台通讯连接37-38 2.7 数据采集软件38-39 2.8 本章小结39-403 SCR低温解冻试验研究40-54 3.1 试验仪器40-42
3.1.1 尿素箱40-41
3.1.2 加热管41-42 3.2 试验方法42-43
3.2.1 模拟低温仓环境42
3.2.2 试验设计目标42-43 3.3 试验结果分析43-47
3.3.1 尿素箱状态因素分析43-45
3.3.2 冷却液流量因素分析45-46
3.3.3 加热管因素分析46-47 3.4 尿素解冻成功的判定条件47-51
3.4.1 尿素模型47
3.4.2 尿素解冻面积分析47-50
3.4.3 尿素温度传感器温度变化50-51
3.4.4 提出尿素解冻成功判据51 3.5 加热管选型参考51-52 3.6 本章小结52-544 尿素喷射模块控制器(DCU)开发及喷射策略54-70 4.1 DCU功能分析54-55 4.2 DCU硬件设计55-58
4.2.1 中央处理模块选型55
4.2.2 电源模块设计55-56
4.2.3 输入模块设计56-57
4.2.4 输出模块设计57-58 4.3 DCU软件设计58-65
4.3.1 控制流程描述59-61
4.3.2 任务划分61-62
4.3.3 任务关联分析62-63
4.3.4 任务流程分析63-65
4.3.5 代码编写65 4.4 尿素泵控制板调试65-67 4.5 尿素喷射策略67-69 4.6 本章小结69-705 全文总结70-73 5.1 全文总结70-71 5.2 工作展望71-73参考文献73-77致谢77-78学位论文评阅及答辩情况表78
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共 22533 条养殖场喷嘴记录共30页 第1页1
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