SCR計量泵方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、SCR計量泵方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計汽車的節(jié)能環(huán)保 作為一個世界性的課題在全球范圍內(nèi)為人們所 重視。為了減少 汽車有害氣體排放對生態(tài)環(huán)境的危害，世界各國都 相繼采用了更加 嚴(yán)格的排放法規(guī)，如歐盟在2005年實施歐W,并在 2008年實行歐V排放法規(guī)。歐V法規(guī)的NO排放限值比歐皿降低 60%, PM勺排放限值相應(yīng)下降80% ;美國在2007年實施EPA2007 PM 排放值為0. 019/bhp hr, NOX非放值為0. 209a,hphr。我國重 型柴油車排放標(biāo) 準(zhǔn)國皿W/V已于2006年發(fā)布，技術(shù)內(nèi)容等效歐洲相 應(yīng)技術(shù)法規(guī)(歐I H/W/V)，實施時間分別為2008年、2010年和 2012年，北京

2、在2008年開始執(zhí)行國W,國W技術(shù)已經(jīng)逐步進入我國 社會。柴油發(fā)動機作為 卡車、客車以及非道路用車如拖拉機、農(nóng)用車 以及工程機械等 的主要動力輸出,有著廣泛的應(yīng)用群體,如何降低 柴油發(fā)動機的排 放,以應(yīng)對法規(guī),需要我們長時間付出不懈的努力。 從表1-1 中可以看出,有害氣體的排放限值有了很明顯的下降。其中 最少的下降了 81%(H C)，最高的達(dá)到了 (P M)9 4% (見表1-1)21 ?？梢婋S著排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格,有害氣體的排放有了明顯減少, 生態(tài)環(huán)境得到了 保護。但作為傳統(tǒng)動力代表的柴油機,為滿足日益 苛刻的排放法規(guī) ,僅憑機內(nèi)凈化而沒有后處理技術(shù)的參與已經(jīng)變得 越來越困難。究其緣由，

3、柴油機尾氣的兩大污染物NOx與PM勺形成與 含量存在著相互制約(trade off)的關(guān)系。努力減少其一，必然導(dǎo)致 另一污染物增加，即通過機內(nèi)措施同時減少或消除NO)和PM勺排放是 極其困難的。為了滿足未來新的排放法規(guī)的要求，如何協(xié)調(diào)柴油機 油耗和排放，特 別是歐W排放的基準(zhǔn)上進一步降低NOX非放，相關(guān)領(lǐng) 域的技術(shù)專家從 燃油品質(zhì)、柴油機機內(nèi)凈化技術(shù)、機外凈化技術(shù) （尾 氣后處理技術(shù)）等三個方面尋求策略。提升柴油品質(zhì)包括降低柴油中 的硫含量、控制柴油的十六烷值、添加劑的使用；機內(nèi)凈化技術(shù)包 括電控高壓燃油 噴射技術(shù)、進氣渦輪增壓技術(shù)、進氣中冷技術(shù)、廢 氣再循環(huán)（EGR）均質(zhì)混合壓燃技術(shù)（HCC

4、I）等。但在歐W/ V排放法 規(guī)面前，僅僅依 靠這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須在此基礎(chǔ)上綜合使用排 氣后處理技術(shù)來 控制NO和顆粒物。國際上，為滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo) 準(zhǔn)，如歐IV/V或者US200標(biāo)準(zhǔn)，基本卜都是通過進一步改進歐皿發(fā) 動機機內(nèi)燃燒技 術(shù)，加上SC或EGR+DP廢氣循環(huán)+顆粒捕集器）等后 處理系統(tǒng)來實現(xiàn)的。表1-1歐測童星集油樣車(saoke in -1)Tab. 1-1 European Heavy-duty dieiel Engine Bchaus t Standird在我國，由于技 術(shù)和社會原因，一直在尋求其他替代技術(shù)路線， 試圖走出一條既 經(jīng)濟又可行的方案。主要有以下三方面的考慮，

5、1、技術(shù)壓力。對于國皿發(fā)動機以及后續(xù)國W、國 v升級.我們并未 完全掌握自主核 心技術(shù)，為了滿足新的法規(guī)要求，仍需尋求國外技 術(shù)支持；對于排 氣后處理裝置，同樣面臨這個技術(shù)壓力的問題。2、成本壓力。發(fā)動機成本壓力，主要來自高壓電控供油系統(tǒng)如高 壓戴軌系統(tǒng)約占 發(fā)動機成本三分之一：后處理裝置的成本壓力，估 計也占產(chǎn)品的三 分之一3、社會壓力。采用排氣后處理技術(shù)將帶來社會基礎(chǔ)設(shè)旖壓力，如SC系統(tǒng)使用的箏用尿素AdBlue的存儲和供給；EGR+DPF這種先進排 放技術(shù)要求的高 質(zhì)量低硫柴油等等。這些成本初期可能由石化企業(yè) 承擔(dān)，最終會轉(zhuǎn) 嫁到社會。當(dāng)然還有其他熏要問題，如各地燃料質(zhì) 量差異；EGR+

6、DP或SCR使用過程中的作弊問題，如實際使用中 EG率 低于型式認(rèn)證值；SC系統(tǒng)中尿素使用量變少或不使用等等，導(dǎo)致氮 氧化物排放大幅 增加。國際上，考慮到技術(shù)成熟性和穩(wěn)定性及技術(shù) 升級方便性，一 般都采用大家都認(rèn)可的主流技術(shù)。歐美等發(fā)達(dá)國家 一車輛排放控制 要求嚴(yán)格而且處罰嚴(yán)厲，所以追求一種既滿足社會 需要，又在未來 發(fā)展上可節(jié)省成本的技術(shù)發(fā)展方向。從排放法規(guī)不 斷升級的長期觀 點考慮，國外選定一個可以不斷技術(shù)升級的基礎(chǔ)平 臺的做法很值得 我們借鑒。NOX勺NH3 SC技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，國外已廣泛應(yīng)用于固定 源煙氣脫硝61 , SC是Selective（選擇性）、Catalytic（催

7、化）、Reduction( 還原) 的英文縮寫。它的原理是利用 V205fri02 催化劑， 在氧氣大大過量 的條件下讓NH選擇性地還原NO;到N2使用了以 Ti02為基礎(chǔ)的催化劑保證了催化轉(zhuǎn)化器對S02有很強的耐受性。目前, Nit3 . SCI被視為最有希望實際應(yīng)用于重型柴油機尾氣 NO凈化的技 術(shù)之一?？紤]到 氨的強刺激性與毒性為公眾難以接受，氨的堿性對 設(shè)備有較強的腐 蝕性，研究者們傾向于以尿素 (32. 5的尿素水溶 液Urea. SCR代弋替氨選擇性催化還原柴油機尾氣中的氮氧化物 (NH3. SCR。為了提高UreaSC體系凈化NO喲效率，減少氨的泄 漏，MA公司提出了基于Urea

8、. SCR體系的VHR系統(tǒng)?！?V為前置的 氧化催化劑，該催化劑的作用是將排氣中的部分NOR化為N02以提高 SC催化劑的低溫活性；“ H為尿素水解催化劑，其作用在于加速尿 素水解，從而有利于隨后的NO選擇性還原；“ R為SCRS化劑，在 該催化劑床層中，排氣中的NO與尿素水解形成的氨發(fā)生選擇性還原 生成N2和H2O。氨為選擇性氧化催化劑，可將排氣中氨轉(zhuǎn)化為 N2以 減少氨的泄漏。目前，Urea. SC體系已成為滿足歐V與US 2007勺重 型柴油車NO凈化首選技術(shù)。在2000年，美國主要的柴油機制造商就宣布其滿US2007排放法 規(guī)的技術(shù)路線將 在SCR或EGR+DP兩個技術(shù)方案間做選擇。截

9、至目 前.美國市場主 要采用EGR+DP技術(shù)來滿足US 2007排放法規(guī)。不過， 雖近荑國EPA發(fā)布了認(rèn)證SC技術(shù)的輕型和重型柴油車申請排放證書 程序 (EPA-HQOAR2006- 0886-0002)，這表明美國市場也開始使用SC技術(shù)。在2003年7月， 制造商們就已經(jīng)選擇SC技術(shù)來進一步減少NOX非放以滿足排放法規(guī) 的要求。目前， 在歐洲已經(jīng)得到示范應(yīng)用。為促進該項技術(shù)在歐洲 的推廣.出臺了 AdBlue計劃，美國能源公司巨頭埃隸、法國道達(dá)爾 菲納.埃爾夫公司以及英國BP石油等石油公司，戴.克、福特、菲 亞特、大眾、德 國曼汽車集團、康明斯、沃爾沃、依維柯、雷諾 _W、Scare、奧迪、

10、道依茨等汽車與發(fā)動機制造商，還有眾多的催 化劑公司與尿素 生產(chǎn)商均參與其中。德國0M冶煉廠正在巴伐利亞的 一家加油站設(shè)立 尿素零售店：10輛奔馳商用車各進行了 14 29萬公 里的測試； Shell 公司也于2003年開始了該公司的第一家“ AdBule” 尿素設(shè)施；德國最大的能源零售公司A腳正計劃在自己的研究基地進 行Urea-SCF技術(shù)氣候適應(yīng)性測試。此外，戴姆勒一柯萊斯勒公司聯(lián) 合奧迪、大眾公 司共同在美國確立柴油機凈化技術(shù)品牌 Bluctec ，該 凈化技術(shù)包括氧 化催化劑、DPF柴油顆粒過濾器）、NOx氫氧化物） 吸附還原催化劑、屎素SCR選擇性生；原催化劑）等（如圈l 一2所 示）

11、。目前歐洲的趨勢是長途載重車通常選用 SCR技術(shù)，而短途運輸 或者城市公交車則選擇EGR+DP技術(shù)。一宦以柬，美國的燃油價格要 比歐洲的燃油價 格低，而尿素價格則相對較高；另個原因是尿素的 供應(yīng)問題一直找 不到卟合理的解決方案；同時，US200標(biāo)準(zhǔn)對新車 提出了 150000KME維修的要求，這些岡素都阻止了 SCR技術(shù)在美國的 應(yīng)用，因為大約 每5000 kin 就要添加一次尿素。園此如果要采用 SCR 技術(shù)，還需要向美國EPAR青特別許州。歐洲的選擇豐要是基于成本 因素。歐洲的燃油價格很高，SC技術(shù)具有的較好燃油經(jīng)濟性使該技術(shù)成為首選。當(dāng)然，在有些地方仍然需要采用EGR+DP技術(shù)，因為這

12、些地方法規(guī)仍然 限制沒有加裝顆粒過濾器的車輛進入市區(qū)。國內(nèi)主要在北京 大約有4500輛采用SCR技術(shù)的公交柴油車在運行， 由公交公司負(fù)責(zé) 尿素供給。上海為迎接世博會也即將使用采用 SCR 技術(shù)的公交車， 廣州等其他城市也在試驗這種車輛。中國汽車技術(shù) 研究中心開發(fā)的 車載排放測試系統(tǒng)檢測結(jié)果初步顯示： (1)NOx 排放 約2. 59/km PM約70mg/krn。同比NO對非放約下降75%,顆粒 物約下降50%。(2) AdBlue消耗量：平均2. 4I ./ 100km。春 秋季節(jié)尿素消耗 量在2. 1 2. 8L/ 100km夏季消耗量在2. 5 一 L/ 100km而EGR+DP由于成本

13、、油品以及升級潛力等問題，目前 在國內(nèi)尚無應(yīng)用 實例。如果尿素供應(yīng)問題能夠解決，SCF無論從技 術(shù)開發(fā)可行性方 面還是從燃油經(jīng)濟性方面都應(yīng)當(dāng)作為首選技術(shù)路線。 國內(nèi)的各大發(fā)動 機生產(chǎn)廠商對于應(yīng)對即將到來的國W、國 V排放標(biāo) 準(zhǔn)的方案也基本達(dá)成了共識，近幾年加大了對 SCF項目的研發(fā)力度。 2006年玉柴機器自主研發(fā)推出了采用 SCR技術(shù)滿足國W排放法規(guī)的 柴油機，2008年又推出了基于SCR勺國V公交車柴油機。此外國內(nèi) 許多柴油機廠也 紛紛與 BOSC、HHilite 等國際公司合作開發(fā)基于 SCR技術(shù)滿足國W排放的發(fā)動機。二汽集團、武漢添藍(lán)、張家口百 通、無錫威孚立達(dá)、無錫凱龍等也都在SCR

14、勺關(guān)鍵零部件及控制器 等領(lǐng)域進行了較 為深入的研究。但到目前為止,國內(nèi)對于該領(lǐng)域的 研究還處于起步 階段,許多核心部件都還依賴進口,國產(chǎn)化任重道 遠(yuǎn)。SCF技術(shù)的高門檻 目前，SCF各組件的核心技術(shù)都掌握在國外的跨國公司手中，比如， 催化平臺、催化 劑、計量泵等。國內(nèi)廠家根本無技術(shù)力量及大量資 金去這攻克這些 技術(shù)難點，僅僅起到一個組裝的作用，而組裝的產(chǎn) 品還沒有通過國 內(nèi)各主機廠的標(biāo)定及上公告，而博世已上了國內(nèi)主 要幾個主機廠的 公告。當(dāng)歐 IV 真正到來的時候，這些國外巨頭從上 游一起斷貨或提 高價格。那么，這一行業(yè)將會從國內(nèi)廠家手中消失。 或者淪落為主機 廠與國外跨國巨頭比價的工具。目前

15、，國內(nèi)號稱唯 一一家能夠做成 套SCR設(shè)備的廠家，其核心的技術(shù)，僅僅是不銹鋼 封裝技術(shù)。其余 均采購自國外廠家。當(dāng)這些核心技術(shù)都沒有解決的 時候，該廠家老總就開始考慮SCF大規(guī)模上馬時的生產(chǎn)能力是否能 滿足市場的需求 。實在是讓人對此行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生絲絲擔(dān)憂！SCF國內(nèi)發(fā)展的情況SCF這一系統(tǒng)的市場前景，被越來越多的配件廠商所認(rèn)識。目前至少有三家廠商都 在搞SCR系統(tǒng)，但是那一家能夠掌握核心技術(shù)，成 為新的行業(yè)新貴 ，還是讓時間來證明吧！國外進入國內(nèi)的 市場的廠商為康明斯、博世。其實作為國內(nèi)廠商集 中力量去攻克SCF系統(tǒng)各組件其中一件，不去走整套供應(yīng)商路線， 同樣也可以在這 幾百億的市場中分一杯

16、羹。國內(nèi)的主機廠也不可能讓一家供應(yīng)商去 壟斷整套設(shè)備的供應(yīng)，因此，專門去做其中一件組 件的供應(yīng)，術(shù)業(yè) 有專攻，不失為比較合適的做法。另外，歐 IV 排放標(biāo)準(zhǔn)的真正實行，還有一段政策的空白期，那么各 廠商把資金與人 力投放到此項目上，即使是與各主機廠標(biāo)定，但是 量遲遲出不來， 產(chǎn)生不了利潤。這對各廠商的耐心也是個巨大的考驗。應(yīng)用SCR技術(shù)的優(yōu)缺點分析柴油發(fā)動機的排 放控制主要是對排放中的PM和NOx的處理。處 理方案一是先在 發(fā)動機內(nèi)處理NOx再處理PM或者兩種都進行后 處理。最后這種 方法存在一個污染源回收的處理問題。沒有 EGR系 統(tǒng)，在發(fā)動機內(nèi)處理NOx是非常困難的，并且燃油消耗更高。因此

17、， 一般多采用在發(fā) 動機機內(nèi)減少PM排放，在廢氣中處理NOx（1）目前在廢氣中處 理NOx采用的是SCF處理技術(shù)，即：利用尿 素溶液（水溶液 濃度為 32.5%0.5%） ，在排氣中噴入尿素、氨水 等還原性物質(zhì)，將NOx（主要是NO還原為N2和H2Q它無毒、潔 凈、無氣味、不 易著火、無爆炸危險，但有腐蝕性，必須使用特殊 的容器儲存。（2）SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動機管理系統(tǒng)控制，尿素的 噴入量必須要與NOx的濃度相匹配，在保證降低NOx的同時，不能 超過份量。尿素 的噴入量過少，則達(dá)不到應(yīng)有的處理水平，尿素的 噴入量過多，則 會使多余的氨氣排入大氣，導(dǎo)致新的污染。所以，必須要有高靈敏

18、度的NOx濃度傳感器以及相應(yīng)的高精度的尿素噴射 裝置。而且尿素 消耗較快，定期添加尿素的責(zé)任也必須由用戶來完 成。（3）使用SCF后不但要增加SCR本身裝置的重量，另外還要增加一個尿素溶液箱 和尿素溶液。汽車會損失一部分的有效載荷。（4）SCR乍為一個新的后處理技術(shù)，因購置、操作和保養(yǎng)費用高、需要加一套 較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)還原劑噴射量的控制系統(tǒng)等等原因， 在車用柴油機上 還沒有得到大范圍的推廣。（ 5） 必須保證行駛區(qū) 域內(nèi)對尿素需求的供應(yīng)，需要車載診斷，并需要自覺及時地 加尿素。在SCF技術(shù)的應(yīng)用方面，目前已基本解決尿素的儲存、注 入和噴射策略等技術(shù)問題，使用耐久性好，但還需 進一步解決降低SC

19、R裝置以及尿素加注站的成本等問題。目前市場上成熟 的己投入市場的SCI系統(tǒng)主要分為空氣輔助式和直接噴射式兩種。空氣輔助式的代表是Hilit 公司的產(chǎn)品，如圖2- 1所示：S 2T Hilite空心t對式SCH系統(tǒng)Fig*2-1 Hilite Air Astistnt SC* Sytea直接噴射式的代 表是Bosch公司的產(chǎn)品，如圖2-2所示:供給單元扉素覘I -1- 一 1氧化催化託EncneCA嗓時IM塊沮度代矗HOx傳感器宦歩 1jDIIscRfifea執(zhí)行券圖2-2 Bosch直揍嘖射炙SCR從続博世系統(tǒng)的主要特點如下：1）尿素泵：直流無 刷霍爾隔膜泵2）壓力控N-高速電磁閥控制，無蓄能

20、裝置3）噴嘴：線圈為低 電阻（1 . 9Q）、低電感（1. 3mH電流式驅(qū)動4）系統(tǒng)在停止噴射后通過泵和換向閥清除Urea。5）噴嘴冷卻（尿素溶液冷卻）6）噴嘴有霧化噴霧 功能7）遍布電加熱裝置BOSC系統(tǒng)的可控性高，同時體積較小，集成度較高，但是由于 電磁閥噴嘴直接 安裝在排氣管上，對電磁閥本身的可靠性以及隔熱 散熱要求很高，同時為了保證霧化性能并防止結(jié)晶，使用了一套換向單元以及博世的專利霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，制造工藝復(fù)雜，成本較高SCR系統(tǒng)方囊SCF系統(tǒng)布置圖ffi 2-5計童羸制視陽2-5&oiln( Fuap ScctEoul Viewj-電稱絢2-上艸番庵艸貧4-壓緊墟母5-mt鼻隔環(huán)任噴射

21、閥基座8. 140犁幡 仝法蘭11. 12. 1&快速搖頭13-ffil縄芯Id閥芯13專偉srrWK 力 傳釀払LISMf計畳羸實輸Pig. 2*6 Dot inPuap系統(tǒng) 具體組成如 下：1）柴油機：2）添藍(lán)控制器：添 藍(lán)控制器通過采集CAN總線及各傳感器的信號，根 據(jù)柴油機的工況 變化和催化器的溫度變化，按照內(nèi)部寫定的穩(wěn)態(tài)噴 射策略和動態(tài)修 正策略，準(zhǔn)確的控制定量給料單元向排氣管中噴射 添藍(lán)。根據(jù)SAEI939商用車通訊協(xié)議編制，能夠在大多數(shù)車載CAN網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)中使用，0B車載診斷系統(tǒng)定義.DC的工程樣品的開發(fā)已經(jīng) 完成，同時，添 藍(lán)控制器具各故障診斷功能，實時對整個 SC系統(tǒng)進 行故

22、障監(jiān)測與診 斷，目前處于調(diào)試和功能完善階段。3）催化器消聲器：催化器是SCR系統(tǒng)中的重要組成部分，為催 化劑的儲存容器，是發(fā)動機尾氣中N0）與添藍(lán)水解產(chǎn)生的NH3發(fā)生 催化還原的主要 空間。催化消聲器是一個集催化器和消聲器于一體 的催化消聲裝置 （如需尾氣加熱功能還可集成尾氣加熱器 ），代替 了傳統(tǒng)的消聲器 系統(tǒng)。催化消聲器內(nèi)部有三個串聯(lián)并相互獨立的單 元組成，包括氨 擴散器、催化器和消聲器。擴散器負(fù)責(zé)將帶有氨的 排氣均勻的分布 在催化器的表面，催化器負(fù)責(zé)加速 NO的還原，消 聲器消除發(fā)動機 排氣系統(tǒng)的噪音。為了防止氨氣腐蝕，催化消聲器 整體采用不銹鋼 材料制造，其內(nèi)部催化器工作過程中需要表面

23、最低 溫度達(dá)到200C，因此布置時應(yīng)盡量靠近發(fā)動機，催化器入口必須 位于距增壓器出口 14m的地方。催化器前后設(shè)有兩個溫度傳感器， 用于檢測催化器 前后溫度，以此來判斷催化器表面溫度，確定AdBlue的噴射量4）計量供給單元：定量給料泵上有4個接頭，分別是：空氣供給、添 藍(lán)供給、添藍(lán)回流、添藍(lán)噴射。添藍(lán)控制器通過CAN、線向定量給料 泵發(fā)出命令，控制定量給料泵啟動、初始化、噴射、排空5）噴嘴：噴嘴安裝在排氣管上，作用是將定量給料單元送來 的添藍(lán)與壓縮空氣的混合物噴入排氣管，并使混合物均勻霧化。噴 嘴的理想位置是 在一段筆直的排氣管上，且徑向必須居中。噴嘴具 有四個直徑為0.5mm的孔，具有徑向

24、噴 霧排列形狀。噴嘴在管內(nèi)必 須居中且最好安 裝在直的排氣管上，但可以安裝在與排氣管中心線 垂直的任意徑向角度。最好能將噴嘴放在最不容易受到路面損壞的 地方。6）添藍(lán)罐：添藍(lán)罐用于儲存添藍(lán).添藍(lán)的成分為32. 5%的尿素水溶 液，不易著火，低腐蝕性，冰點為-11C。添藍(lán)罐的尺寸應(yīng)與添藍(lán)用量相匹配。對于 歐W標(biāo)準(zhǔn)，添藍(lán)消耗量大約為燃油消耗量的 5%,歐 v大約為7%。7) 防凍液電磁閥 ：防凍液電磁閥為添藍(lán)化冰服務(wù)，當(dāng)添藍(lán)控制器認(rèn) 為需要對添藍(lán)罐 和添藍(lán)管道內(nèi)的添藍(lán)進行加熱，將會控制防凍液電 磁閥打開，熱的 發(fā)動機冷卻液就會順著管道流向添藍(lán)罐，使得舔藍(lán) 罐內(nèi)的添藍(lán)溫度 升高。由于冷卻液管道和添藍(lán)

25、管道扎在一起，外套 保暖管所以添 監(jiān)管道的溫度也會同時升高。8) 傳感器：添藍(lán) 罐液位傳感器和添藍(lán)罐溫度傳感器用柬監(jiān)測添藍(lán)罐 內(nèi)添藍(lán)的液位和 溫度的信號，催化器入口溫度傳感器和催化器出口 溫度傳感器用來 監(jiān)測催化器內(nèi)部溫度的變化。NO傳感器用來檢測排氣中NOX勺含量。傳感器把各種參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號傳輸至 DCU通過 控制策略對噴射 量加以修正。計量泵可以安裝 在罐的上方或與罐頂相同的高度上。計量泵不 應(yīng)安裝在罐的下 方。噴嘴的安裝高度應(yīng)低于計量泵SCF系統(tǒng)的布置設(shè)計SCR系統(tǒng)混和管的布置設(shè)計對SCR載體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有很大的影 響。在國W柴油 機的開發(fā)過程中，相當(dāng)多的工作是對混和管進行優(yōu) 化設(shè)計，

26、包括管 道的幾何形狀、尿素噴射裝置的位置和噴射角度等。 對管道的幾何形 狀、尿素噴射裝置的位置及噴射角度進行優(yōu)化設(shè)計， 從而保證在混和管路不出現(xiàn)粒子撞壁后的結(jié)晶。通過對 SCR載體入 口速度均勻性和 整個載體的壓力損失情況進行計算分析，保證載體 入口速度分布均 勻，整個系統(tǒng)產(chǎn)生較小的壓力損失。通過計算優(yōu)化排 氣管道形狀以及噴射位置和噴射角度，避免尿 素水溶液撞壁出 現(xiàn)沉積，堵塞管路。利用數(shù)值模擬研究這些過程，可以優(yōu)化混和管 路的設(shè)計和尿素噴射裝置的布置，從而優(yōu)化 SCR系 統(tǒng)的布置，預(yù)測 催化效率，減少試驗成本。反應(yīng)原理噴嘴將“添藍(lán)” (AdBlue) 以液滴的形式噴入排氣后，隨著液滴 的霧化

27、與擴散， 因排氣溫度較高導(dǎo)致液滴水分蒸發(fā)從而產(chǎn)生崮體或 熔化的尿素，其 熔點為132。C,如式(2 1)所示，尿素隨之熱分解 為等摩爾的NH和異氰酸(HCNO)見式(2-2)。HCN在氣相時非常穩(wěn) 定，因此，添藍(lán) 從噴入排氣到催化劑之前發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程可以 概括為：(NH) 2CO液) - (NH)2C0固)(吸熱反應(yīng))(2-1)(NH)2C0(固)-NH(氣)+HCNO氣)(吸熱反應(yīng))(2-2)HNCO+20H-NH3+C02(23)在催化器中，由AdBlue水解反應(yīng)得到的NH和NO發(fā)生的主要反應(yīng)如 下：4NH3+4NO+O2-4N2+6H2O( 2-4 )由于在柴油機的NO排放中NC占9

28、0%以上，而且02參與了反應(yīng).所 以稱反應(yīng)(2-4)為標(biāo)準(zhǔn)SCI反應(yīng).該反應(yīng)表明理論上NH/No摩爾比為1。 在有氧條件下還 會發(fā)生反應(yīng) (25)：4NH3+2N02+02-3N2+6H2O(2-5)缺氧條件下，反 應(yīng)式(2-1) 變?yōu)椋?NH3+6NO-5N2+6H2O(2-6)(2-7)4NH3+4NO+320-4N20+6H20該反應(yīng)進行的很 慢，而且在柴油機的大多數(shù)工況下都是富氧進行的，所以該反應(yīng)通常 不予以考慮。SCI反應(yīng)的非選擇性除了生成N2外,還有其他產(chǎn)物生成(即N20)，如當(dāng)NH3/NOI爾比小于1時就會發(fā)生反應(yīng) (2-7) 。在催化器溫度高于450C的富氧環(huán)境中，NH容易直接

29、被02單獨氧化, 產(chǎn)生如下副反應(yīng) 。4 N H3+502-4 NO+6H20(2-8)4NH+3O22+6H0(2-9)2NH+2。N2O+3H0(2-10)目前正深入研究反應(yīng)(2-9)，其反應(yīng)溫度較低，如果NH；過量，這個 反應(yīng)可以被用來 防止NH泄漏。這樣既不需要用其他的吸收劑，也不 會產(chǎn)生新的污染 物。目前丹麥的托普索公司出品的SCF催化器在反應(yīng) 層的尾部加上了促使該反應(yīng)發(fā)生的Pt氧化物涂層，能有效降低NH的 泄漏，但是在催 化器溫度低于190C時，容易產(chǎn)生如下副反應(yīng)，生成 的硝酸銨、三聚 氰酸聯(lián)合體以固態(tài)或液態(tài)形式沉積在催化劑表面的(2-11)(2-12)(2 13)微孔上，導(dǎo)致催 化

30、劑臨時性的中毒。2NH+2NO+H2CR NHNO+NHNQNH+SO+H NHHSO 2NH+SO+H (NH4)2S04SCF系統(tǒng)的主要狀態(tài)SCI系統(tǒng)的主要狀態(tài)有：初始化、泵停止、裝填、噴射、清潔和 診斷。初始化：尿素泵 上電后，SC系統(tǒng)處于初始化狀態(tài)，尿素泵進行 相關(guān)的初始化工 作，如從EEPEO中讀取數(shù)據(jù)等。泵停止：初始化 完成后，尿素泵自動進入停止?fàn)顟B(tài)，只有當(dāng)添藍(lán)控制器發(fā)送其 他狀態(tài)命令或者下電，尿素泵才離開停止?fàn)顟B(tài)。一 旦下電，尿素泵 會存儲相關(guān)參數(shù)。裝填：尿素泵處 于停止?fàn)顟B(tài)時，添藍(lán)控制器發(fā)送裝填命令可以使SC系統(tǒng)進入裝填狀態(tài)，在該狀態(tài)尿素泵會測試助力空氣及尿素溶液吸入回流是否

31、正常，經(jīng)過 30秒后，如果一切正常，尿素泵自動進 入噴射狀態(tài)。如 果不正常，會繼續(xù)測試。噴射：添藍(lán)控制 器將計算得到的當(dāng)前尿素噴射速率通過 CA總線 發(fā)送給尿素泵， 尿素泵控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)尿素噴射速率。清潔：處于清潔 狀態(tài)時，尿素泵向噴射管道吹入空氣，為下一個工 作循環(huán)做好準(zhǔn)備 。診斷：任何狀態(tài) 都可以進入診斷狀態(tài)，一旦進入這個狀態(tài)，其他的工作都停止 ，在診斷狀態(tài)可以手動測試泵和空氣電磁閥工作是 否正常。尿素 噴射速率理 論需求量計算根據(jù)NH生成過程和NO催化還原反應(yīng)，可以推導(dǎo)出尿素水溶液理論需求量的表達(dá)式 。假定：1）可以準(zhǔn)確地得到 柴油機排氣質(zhì)量流量 （Kgh） ：2）柴油機排氣中NOND

32、2的摩爾比為9： 1；3）SCR崔化器有理想的選擇性和催化特性；4) 反應(yīng)式(2-1)- (2-4) 進行完全。那么，在某工況 下，將排氣中N刑N02完全消除所需的尿素量就可以 確定下來。設(shè)單位時間內(nèi)柴油機排氣的質(zhì)量為Akg, NOX勺排放值為Bppm取排氣的摩爾質(zhì)量為29Kg/mol,那么單位時間內(nèi)的排氣中NOX勺物質(zhì)的量可以表示為：DeNOx=AB xlO-6 29(kmo)排氣中N口N0的物質(zhì)的量分別為0. 9DeNOxkmol和0. IDeNOxkmol。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方 程式得出如下對應(yīng)關(guān)系：CO(NH)2-N02 NO1 1 1X1 0.1DeNOx X2CO(NH2)22NO1 2

33、X3 (0 . 9DeNOx-X2)式中：Xl化學(xué)反應(yīng)方程式2NH3+NO+NO22+3HO完全反應(yīng)需要的尿素的物質(zhì)的量：X2:化學(xué)反應(yīng)方 程式2NH+NO+NO2N+3HO完全反應(yīng)需要的NO勺物質(zhì)的量；X3:化學(xué)反應(yīng)方程式4NH+4NO+0=4N+6H20完全反應(yīng)需要的尿素的物質(zhì)的量。解得：XI=O. IDeNOxkmql X2=o. IDeNOxkmql X3=0. 4DeNOxklnol。所以總的尿素消耗量 是：X=X1+X3=O5DeNOxkmol如果將單位時間內(nèi)尿素物質(zhì)的量折合為尿素水溶液的質(zhì)量，并設(shè)尿素水溶液的濃度 為，則尿素水溶 液的質(zhì)量為：M=100x60XC=3. OX 10

34、3DeNOXCkgo本項目使用32. 5%質(zhì)量比的尿素水溶液，所以取 C=32 5,因此將 單位時間內(nèi)排氣中NDx完全消除所需32 . 5%濃度的尿素水溶液的質(zhì) 量為：M=3 18ABx1O-6kg基于CAN網(wǎng)絡(luò)的J1939通訊協(xié)議80年代末，博世公司和英特爾公司研制了專門用于汽車電子系統(tǒng)的 總線CA規(guī)范，但因CAN、線要求每個端口都需有單獨的通訊處理能 力，這在當(dāng)時的汽車電器系統(tǒng)中很難辦到。1987年中期，Intel開發(fā) 了首個CAN控制器-82526。不久，Philips半導(dǎo)體也推出了 82C20Q 這兩種CAN控制器在報文過濾和控制上有許多的不同。Philips半導(dǎo)體的方式叫做Basic

35、CAN; Intel的方式叫做FullCAN，由此后的不斷 發(fā)展，從而形成了 FUIIerCAN和BasicCAN兩大陣營。20世紀(jì)90年代初, BoschCA規(guī)范(CAN2.O被提交給了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。經(jīng)過討論，應(yīng) 一些法國主要汽 車商的要求，包含了吸收一些VAN網(wǎng)(VehicleAreaNetwork)的內(nèi)容。并于1993年11月出版了正式的CANS 際標(biāo)準(zhǔn)ISOII898。從此CA協(xié)議被廣泛的用于各類自動化控制領(lǐng)域。在 1992年，奔馳 公司首先在他們的高級轎車 上使用了 CA技術(shù)。這是CA技術(shù)在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 的首次實際使用。隨后，采用CA總線標(biāo)準(zhǔn)的汽車制造公司越來越多， 其中有大眾、

36、寶馬、保時捷、勞斯萊斯、美洲豹等。支持 CAN、線標(biāo)準(zhǔn)的電子公司有 英特爾、摩托羅拉、飛利浦、 Microchip 、西門子等。CAN、線的基本結(jié)構(gòu)CA總線是控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network)的簡稱。最早 是由德國博世公司為其產(chǎn)品開發(fā)的一套內(nèi)部規(guī)范。CA總線通信接口 中集成了 CANfc、議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的 成幀處理，包括 位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別 等項工作。CAN、 線的 特 點目前國際上所通 用的標(biāo)準(zhǔn)是CAN2 0E規(guī)范，其中描述了標(biāo)準(zhǔn)格式和擴 展格式兩種報文。標(biāo)準(zhǔn)格式與擴展格式的主要區(qū)別在于其標(biāo)識符皿，在標(biāo) 準(zhǔn)格

37、式中標(biāo)識符 為11位，在擴展格式中標(biāo)識符為29位。CA為多主工作方 式，協(xié)議本身對 節(jié)點的數(shù)量沒有限制，、線上節(jié)點的數(shù)量可以動態(tài)改變， 網(wǎng)絡(luò)上任意一個 節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點通過報文的 形式發(fā)送信息。圖41為汽車上構(gòu)建的CAN網(wǎng)絡(luò)。Con trot4-1CAM 冃琳在報文標(biāo)識符上，CA上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實 時要求。CA采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，大大節(jié)省了總線沖突仲裁 時間。CAN的通訊介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，直接通 信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10kin（速率5kbps以下）；通訊速率最高 可達(dá) 1Mbps（此時通訊距離最常為40rn）。報文采用短幀結(jié)構(gòu)，

38、傳輸時間短， 受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率低。CA的每幀信息都有CR（校驗 及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。CAI節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況 下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上的其他節(jié)點操作不受影響。CAN、線的報文傳輸對于傳輸?shù)膱笪?有兩種不同的幀格式，含有11位標(biāo)識符的幀稱 之為標(biāo)準(zhǔn)幀，而 含有29位標(biāo)識符的幀為擴展幀。報文傳輸有四種不 同類型的幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀，由于本文主要用 到前兩種，所以對其加以介紹：1）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從 發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｈ鐖D所示，數(shù)據(jù)幀由7個不同 的位域組成。誓輩 CRC檢聲科 1WUS 4-2(1)幀起始(SoF),標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起

39、始，僅有一個顯性位組 成， 用于幀同步。只有在總線空閑時才允許站點開始發(fā)送信號，所有的 站必須與首先開 始發(fā)送的站的幀起始前沿同步。(2)仲裁域，由標(biāo)識符和RTF位構(gòu)成。CA協(xié)議具有兩種數(shù)據(jù)幀類型： 標(biāo)準(zhǔn)格式和擴展 格式。標(biāo)準(zhǔn)格式標(biāo)識符長度為11位。擴展格式標(biāo)識符長度為29位。IDE(ldentifierExtension)為顯性位表示數(shù)據(jù)幀為標(biāo)準(zhǔn)格式，IDE為隱性位表示數(shù)據(jù)幀為擴展格式。RTR(RemoteTra nsfer Request)為遠(yuǎn)程傳送請求位，它是區(qū)別數(shù)據(jù)幀與遠(yuǎn)程幀的 標(biāo)志?？刂朴?，由6個位組成，標(biāo)準(zhǔn)格式的控制域結(jié)構(gòu)和擴展格式的不同。標(biāo)準(zhǔn)格式里的控制域包括數(shù)據(jù)長度代碼、IDE位及保留位擴展格 式里的控制域包 括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位t rl和m。其保留位必 須發(fā)送為顯性，但是接收器接收的是顯性和隱性位的組合。 數(shù)據(jù)域，由數(shù)據(jù)幀里的發(fā)送數(shù)據(jù)組成，給出要傳送的數(shù)據(jù)。CAN