重型柴油机尾气NOx选择性催化还原及其控制系统研究

论文摘要

随着车辆数目的日益增多,汽车尾气污染日趋严重,为了降低柴油机尾气中NOx对大气的污染,SCR（Selective Catalytic Reduction）是一种有效的控制方法。本文着重对SCR降低柴油机尾气中NOx的还原剂喷射和混合管道进行了优化设计。一般认为,柴油机仅仅依靠机内优化措施不能满足欧Ⅳ排放限值的要求,达到第Ⅳ阶段排放标准必须采用排气后处理系统技术。柴油机排气后处理措施中,选择性催化还原技术最有前途,尤其针对柴油机的NOx排放。本文选用台架试验用4135型柴油机并以欧Ⅳ排放标准为例,选取了还原剂为浓度32.5%（质量比）的尿素水溶液,确定了最大工况下的NOx的排量,从而计算出所需的最大尿素水溶液的喷射量。再根据尿素水溶液的雾化模型进一步计算出不同孔数下的喷射孔径。然后根据以往的经验和实验结果确定最低的喷射温度。通过分析得出合适喷射方式后,利用GAMBIT软件建立喷射管道的模型,由于混合管道的直径和喷射孔的直径差距很大,所以对不同的面进行了局部网格划分,选择好进出口的边界类型后,导入到FLUENT中。在FLUENT中根据前边得出的数据结论以某种孔数为例,设置好参数后,采用组分混合传输,把某种物质的材料属参数改为雾化尿素水溶液的材料参数,而另一种物质的参数则改为尾气的参数。然后加上边界条件和各种载荷后进行计算,得出计算结果。根据同样的方法可以得出在单孔、2孔、4孔和6孔条件下的计算结果,然后再对不同喷射角度进行计算,最终对得出的计算结果进行汇总分析,得出最佳的喷射方式和混合管道的长度。根据以上计算,确定国内主要重型柴油机型号SCR系统的安装位置。由于柴油机的工作工况很多,为了能够在各种工况下都能最有效地还原掉尾气中的NOx,而且还要考虑到不能让产生的氨气逃逸到空气中,本文对喷射模型进行了智能控制。确定了喷射的计量装置后,以MCS-51型单片机为核心设计了电路图,再把C语言编写的程序通过KEIL软件导入到单片机中,根据不同传感器得到的数据进行智能控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景目的及意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状
• 1.2.1 国外在该方向的研究现状
• 1.2.2 国内在该方向的研究现状
• x排放的反应机理'>1.3 SCR降低NO_x排放的反应机理
• x排放的措施'>1.4 改善NO_x排放的措施
• x的生成条件'>1.4.1 NO_x的生成条件
• 1.4.2 机内净化
• 1.4.3 排气后处理
• 1.5 课题研究的内容
• 第2章 SCR基础特性研究
• x最大排放量计算'>2.1 台架试验用柴油机的NO_x最大排放量计算
• 2.2 尿素液供给量计算
• 2.2.1 还原剂的选取原理
• 2.2.2 尿素液最大供给量计算
• 2.3 喷射方式的选择
• 2.4 喷射雾化的设计
• 2.5 喷射孔径的计算
• 2.6 最低喷入温度的确定
• 2.7 尿素喷射量的控制方法
• 2.8 本章小结
• 第3章 对SCR系统模型进行模拟计算及分析
• 3.1 建立喷射管道计算模型
• 3.1.1 喷射模型的简化
• 3.1.2 喷孔的布置方式
• 3.1.3 网格的划分
• 3.1.4 设置边界类型及网格文件输出
• 3.2 利用求解器进行求解
• 3.2.1 检查网格并定义长度
• 3.2.2 创建计算模型
• 3.2.3 定义物质种类模型并设置流体材料属性
• 3.2.4 边界条件的设置
• 3.2.5 求解初始化及监视器的设置
• 3.2.6 求解计算
• 3.3 计算结果及其分析
• 3.3.1 2 孔喷射模型计算结果
• 3.3.2 不同孔数模型的计算结果
• 3.3.3 结果分析
• 3.4 喷射角度的优化
• 3.5 典型型号重型柴油机的SCR系统安装位置
• 3.5.1 锡柴奥神系列
• 3.5.2 潍柴WD615 系列
• 3.5.3 潍柴WD12 系列
• 3.5.4 大柴CA6110ZL系列
• 3.6 本章小结
• 第4章 智能控制单元设计
• 4.1 智能控制单元基本组成及原理
• 4.1.1 基本的尿素喷射量控制
• 4.1.2 微处理器系统
• 4.1.3 传感器
• 4.2 电路设计
• 4.2.1 微处理器选型
• 4.2.2 电源电路
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 软件的选取
• 4.3.2 相关参数的选择
• 4.3.3 程序的设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢