CN103573359B - 发动机的scr尾气处理系统的尿素结晶检试方法 - Google Patents

发动机的scr尾气处理系统的尿素结晶检试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，包括：第一，获取排气处理装置（5）在测试前的重量M1；第二，在一个测试周期内，使得发动机工作并在预定测试条件下进行测试，即控制尿素喷嘴（4）的喷射流量为预定值或预定范围A，发动机的排气管（2）的排气流量为预定值或预定范围B，排气处理装置中的温度为预定值或预定范围C；第三，获取排气处理装置测试后的重量M2，将该重量M2减去重量M1而得出在测试周期内排气处理装置增加的重量D；第四，根据排气处理装置的增加的重量D确定在预定测试条件下的排气处理装置内的尿素结晶重量M。该检试方法可试验检出尿素结晶量，以做参考供判定SCR尾气处理系统的适用性并进行相应调整。

Description

发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法
技术领域
本发明涉及发动机的SCR尾气处理系统，具体地，涉及一种发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法。
背景技术
如图1所示，当发动机的SCR尾气处理系统应用到整车上时，发动机的尾气通过发动机排气口1和排气管2并经由设有尿素喷嘴4和雾化器7的排气处理装置前管段排放到排气处理装置5内，进行催化还原反应。其中，在排气处理装置5的前管段上，尿素溶液喷嘴4喷出根据发动机电控单元给出的尿素溶液喷射量，喷出的尿素溶液喷射到尿素溶液喷嘴4前方设置的格栅形状的雾化器7上，从而使尿素溶液被雾化。其中，雾化状的尿素溶液与尾气混合并进入排气处理装置5内，在排气处理装置5中的高温下，尿素溶液气化产生氨气并在催化器中与尾气中的氮氧化物进行充分的选择性催化还原反应，转化成无害的氮气和水由排气处理装置后管段排出，从而达到降低尾气排放的目的。
但由于尿素溶液自身所特有的化学特性，其在不同工作温度下生成的产物不同，从而造成由于车辆发动机使用工况的不同而会在在排气处理装置5的前管段上生成不同的产物，形成流体或结晶体。若这种流体或结晶体的生成量较多，则会影响尿素溶液的雾化和尾气的通过性，进而造成SCR尾气处理系统背压增大，加大发动机功率损失，并且在很大程度上会影响尿素溶液的雾化质量，直接导致尾气反应不完全，造成排放超标，从而不能满足排放要求。现有技术中，在系统开发的过程中尚未有完善的检验尿素结晶是否合格的方法，因此在开发过程中也就不能提前验证车辆所匹配的发动机SCR系统是否满足要求，从而增大了市场出现结晶问题导致后处理系统不能正常工作问题的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，该检试方法可试验检出尿素结晶量，以做参考指标供判定SCR尾气处理系统的适用性并进行相应系统结构优化调整。
为了实现上述目的，本发明提供一种发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，该检试方法包括如下步骤：
第一，获取所述SCR尾气处理系统中的排气处理装置在测试前的重量M1；
第二，在一个测试周期内，使得所述发动机工作并在预定测试条件下进行测试，即控制尿素喷嘴的喷射流量为预定值或预定范围A，所述发动机的排气管的排气流量为预定值或预定范围B，所述排气处理装置中的温度为预定值或预定范围C；
第三，获取所述排气处理装置测试后的重量M2，将该测试后的重量M2减去所述测试前的重量M1而得出在所述测试周期内所述排气处理装置增加的重量D；
第四，根据所述排气处理装置的所述增加的重量D确定在所述预定测试条件下的所述排气处理装置内的尿素结晶重量M。
进一步地，该检试方法还可包括第五步骤，在该第五步骤中，至少获取分别与所述发动机的轻载、中载和重载状态相对应的三个预定测试条件下的所述尿素结晶重量M，并将各个预定测试条件下的所述尿素结晶重量M与相应的尿素结晶重量预设标准值E进行比较；若各个预定测试条件下的所述尿素结晶重量M均小于或等于各自的尿素结晶重量预设标准值E，则判定所述SCR尾气处理系统符合要求，若任一预定测试条件下的所述尿素结晶重量M大于在相应的所述预定测试条件下的尿素结晶重量预设标准值E，则所述SCR尾气处理系统不符合要求。
更进一步地，当在所述第五步骤中判定所述SCR尾气处理系统不符合要求时，通过如下技术措施中的任一种或多种的组合以增加尿素溶液的雾化效果，即调节所述尿素喷嘴朝向雾化器的喷射角度、更换具有不同网格密度的雾化器和调节所述尿素溶液喷嘴与所述雾化器之间的间距；或者，通过调节所述尿素溶液喷嘴与所述排气处理装置之间的间距和/或调节所述雾化器与所述排气处理装置之间的间距，以增强所述排气管中的废气与雾化的尿素溶液之间的混合效果。
通过上述技术方案，根据本发明的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法可通过将发动机在预定测试条件下进行测试工作，从而确定出该预定测试条件下的排气处理装置内的尿素结晶重量M，并且根据试验检出尿素结晶量，可用作参考指标以供判定SCR尾气处理系统的适用性并进行相应系统结构优化调整。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的一种具体实施方式的用于尿素流体收集的试验装置的结构示意图。
附图标记说明
1发动机排气口2排气管
3固定螺栓4尿素喷嘴
5排气处理装置6温度传感器
7雾化器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“左、右、前、后”通常是针对附图所示的方向而言的，尤其是针对发动机的SCR尾气处理系统内的尾气流动方向而言的，即尾气从“前”流往“后”，由“左”流往“右”。
结合图1，本发明在此提供了一种发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，该检试方法包括如下步骤：第一，获取所述SCR尾气处理系统中的排气处理装置5在测试前的重量M1；第二，在一个测试周期内，使得所述发动机工作并在预定测试条件下进行测试，即控制尿素喷嘴4的喷射流量为预定值或预定范围A，所述发动机的排气管2的排气流量为预定值或预定范围B，所述排气处理装置5中的温度为预定值或预定范围C；第三，获取所述排气处理装置5测试后的重量M2，将该测试后的重量M2减去所述测试前的重量M1而得出在所述测试周期内所述排气处理装置5增加的重量D；第四，根据所述排气处理装置5的所述增加的重量D确定在所述预定测试条件下的所述排气处理装置5内的尿素结晶重量M。作为总的构思，本发明通过在预定测试条件下将发动机在试验台架上或者安装在车辆上时进行一个或多个测试周期的试验，从而试验检出排气处理装置5内的尿素结晶重量M。这种尿素结晶重量M包括未雾化的流体状尿素溶液，也包括尿素溶液在不同温度下反应后的结晶体，该尿素结晶重量M可用作参考指标以供判定SCR尾气处理系统的适用性并进行相应系统结构优化调整，以下将详述。参见图1，在试验操作中，可将排气处理装置5连同其前管段（即安装有尿素溶液喷嘴4和雾化器7的管段）和后管段，在安装前称取其测试前的重量M1，在第三步骤中通过将排气处理装置5连同其前管段和后管段从排气管2中拆卸下来，即卸除二者之间的固定螺栓3，从而称取排气处理装置5在测试后的重量M2。而试验过程中的各种参数，例如测试周期的时间、一个或若干个测试周期和预定测试条件等，根据各种发动机或者说车辆的带载、性能等按需要设定。
上述方法中，在第四步骤内，根据试验方案的设计需要，可较为简单地将一个测试周期内排气处理装置5的多个增加的重量D直接确定为在所述预定测试条件下的排气处理装置5内的尿素结晶重量M，或者，统计学上更为准确地，可重复第一步骤至第三步骤以获得多个测试周期内排气处理装置5的多个增加的重量D，并计算排气处理装置5在该多个测试周期的平均增加的重量，将该平均增加的重量确定为在预定测试条件下排气处理装置5内的尿素结晶重量M。在本实施方式中，为剔除发动机运行时可能有的设定参数值的不确定性起伏，所述多个测试周期优选为至少三个测试周期。并且，在第二步骤中，可通过控制供应到尿素喷嘴4的尿素溶液的量来控制尿素喷嘴4的喷射流量，具体而言，例如可通过车辆的发动机控制软件来根据排气处理装置5中的温度传感器6监测的温度以及发动机运行工况以确定相应的尿素喷嘴4的喷射流量。实际操作中，尿素喷嘴4的喷射流量的预定值或预定范围A可通过发动机控制软件来设定即可。还可以通过控制供应到发动机内的燃油量以控制排气管2的排气流量，例如以控制车辆的油门开度的方式加以控制。并且，可通过增减发动机的驱动负载或者说车辆载荷，以控制排气处理装置5中的温度，并通过温度传感器6进行检测。本领域技术人员可知道的是，根据试验设备例如在试验台架上操作或车辆上操作以及发动机或车辆类型等，上述控制过程中可有不同的控制手段或控制手段与例举方式稍有出入，当视具体情况而定。
上述的尿素结晶检试方法可试验检出发动机在预定测试条件下排气处理装置5内的尿素结晶重量M。根据该尿素结晶重量M，可作为判断发动机或者车辆所适配的SCR尾气处理系统是否符合性能要求。这种判断可根据多次的试验数据得出，或者说很大程度上基于经验法则得出判断。因此，在本实施方式中，上述的检试方法还可包括第五步骤，在该第五步骤中，至少获取分别与发动机的轻载、中载和重载状态相对应的三个预定测试条件下的尿素结晶重量M，并将各个预定测试条件下的尿素结晶重量M与相应的尿素结晶重量预设标准值E进行比较；若各个预定测试条件下的尿素结晶重量M均小于或等于各自的尿素结晶重量预设标准值E，则判定SCR尾气处理系统符合要求，若任一预定测试条件下的尿素结晶重量M大于在相应的预定测试条件下的尿素结晶重量预设标准值E，则SCR尾气处理系统不符合要求。也就是说，本实施方式中考虑到试验样本的均匀分布，也考虑到试验次数的合理性，要求在至少与发动机的轻载、中载和重载状态相对应的三个预定测试条件下分别做上述试验，得出各个预定测试条件下的尿素结晶重量M均应不超出各个预定测试条件下相应的尿素结晶重量预设标准值E，该SCR尾气处理系统才算符合要求。其中，尿素结晶重量预设标准值E可通过大量试验测试得出或基于经验数值得出。
作为一种较为普遍适用性的示例，本实施方式中分别给出了对应于发动机的轻载、中载和重载状态的三个预定测试条件。其中，对应于发动机的轻载状态的一个轻载预定测试条件下，设定并控制尿素喷嘴4的喷射流量为预定值A为0.3ml/s，排气管2的排气流量的预定范围B为124g/s-132g/s，排气处理装置5中的温度预定范围C为195℃-205℃，并且在该轻载预定测试条件下，以2小时为一个测试周期，尿素结晶重量预设标准值E预设为90g。其中，预定值A可通过发动机控制软件根据经验值设定，预定范围B设定为124g/s-132g/s是基于发动机在轻载状态下的常见排气量，温度预定范围C设定为195℃-205℃是基于常见尿素溶液的特性，在200℃左右开始产生氨气参与反应。在200℃左右的相对较低的温度下，尿素溶液的雾化效果不佳，出现尿素流体较多，结晶体相对较小，因而试验检出的尿素结晶重量M相对较大。并且由于尿素流体在发动机尾气的吹动下容易流动到排气处理装置5中并在发动机载荷增大后的排气处理装置5内的更高温中较好的参与反应，因而尿素结晶重量预设标准值E设定为相对较高的90g。
同样的，对应于发动机的中载状态的一个中载预定测试条件下，设定并控制尿素喷嘴4的喷射流量为预定值A为0.3ml/s，排气管2的排气流量的预定范围B为124g/s-132g/s，排气处理装置5中的温度预定范围C为275℃-285℃，并且在该中载预定测试条件下，以6小时为一个测试周期，尿素结晶重量预设标准值E预设为25g。其中，反应过程更长，测试周期增加。在温度预定范围C为275℃-285℃时，试验检出的尿素结晶重量M中出现尿素流体较少，大部分参与了反应，而结晶体相对较多。此时出现的尿素流体需要在更大载荷下出现的更高温中才能参与反应，相对的参与反应的几率下降。因而，综合而言，此时的尿素结晶重量预设标准值E设定为相对较低的25g。
另外，对应于发动机的满载状态的一个满载预定测试条件下，设定并控制尿素喷嘴4的喷射流量为预定值A为0.7ml/s，排气管2的排气流量的预定范围B为176g/s-184g/s，排气处理装置5中的温度预定范围C为395℃-405℃，并且在该满载预定测试条件下，以16小时为一个测试周期，尿素结晶重量预设标准值E预设为5g。在满载的情况下，排气流量大，喷射流量为预定值也增大，温度预定范围C较高，测试周期时间增长。并且，在此状态下，几乎难以出现尿素流体或者说尿素流体都参与了反应。换言之，此时试验检出的尿素结晶重量M只包括不可燃烧或吹走的结晶体，因而只能通过手工处理。因此，此处的尿素结晶重量预设标准值E设定为要求相对严格的5g。
在本实施方式中，根据上述的试验结果和判定原则、方法，可有针对性地优化调整系统结构，在尿素结晶重量M较大时使之降低，从而使SCR尾气处理系统在整个工作寿命内均能满足排放要求。要将尿素结晶重量M降低，可进行多种的优化调整系统结构。例如，在第五步骤中判定SCR尾气处理系统不符合要求时，可通过如下技术措施中的任一种或多种的组合以增加尿素溶液的雾化效果，即：适当地调节尿素喷嘴4朝向雾化器7的喷射角度、更换具有不同网格密度的雾化器7和调节尿素溶液喷嘴4与雾化器7之间的间距。或者，可通过调节尿素溶液喷嘴4与排气处理装置5之间的间距和/或调节雾化器7与排气处理装置5之间的间距，以增强排气管2中的废气与雾化的尿素溶液之间的混合效果，可达到降低反应结晶的目的。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其特征在于，该检试方法包括如下步骤：
第一，获取所述SCR尾气处理系统中的排气处理装置(5)在测试前的重量M1；
第二，在一个测试周期内，使得所述发动机工作并在预定测试条件下进行测试，即控制尿素喷嘴(4)的喷射流量为预定值或预定范围A，所述发动机的排气管(2)的排气流量为预定值或预定范围B，所述排气处理装置(5)中的温度为预定值或预定范围C；
第三，获取所述排气处理装置(5)测试后的重量M2，将该测试后的重量M2减去所述测试前的重量M1而得出在所述测试周期内所述排气处理装置(5)增加的重量D；
第四，根据所述排气处理装置(5)的所述增加的重量D确定在所述预定测试条件下的所述排气处理装置(5)内的尿素结晶重量M；
第五，至少获取分别与所述发动机的轻载、中载和重载状态相对应的三个预定测试条件下的所述尿素结晶重量M，并将各个预定测试条件下的所述尿素结晶重量M与相应的尿素结晶重量预设标准值E进行比较；若各个预定测试条件下的所述尿素结晶重量M均小于或等于各自的尿素结晶重量预设标准值E，则判定所述SCR尾气处理系统符合要求，若任一预定测试条件下的所述尿素结晶重量M大于在相应的所述预定测试条件下的尿素结晶重量预设标准值E，则所述SCR尾气处理系统不符合要求，
当在所述第五步骤中判定所述SCR尾气处理系统不符合要求时，通过如下技术措施中的任一种或多种的组合以增加尿素溶液的雾化效果，即调节所述尿素喷嘴(4)朝向雾化器(7)的喷射角度、更换具有不同网格密度的雾化器(7)和调节所述尿素溶液喷嘴(4)与所述雾化器(7)之间的间距。
2.根据权利要求1所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，在所述第四步骤内，重复所述第一步骤至第三步骤以获得多个所述测试周期内所述排气处理装置(5)的多个增加的重量D，并计算所述排气处理装置(5)在该多个测试周期的平均增加的重量，将该平均增加的重量确定为在所述预定测试条件下所述排气处理装置(5)内的尿素结晶重量M。
3.根据权利要求2所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，所述多个所述测试周期为至少三个所述测试周期。
4.根据权利要求1所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，在所述第二步骤中，通过控制供应到所述尿素喷嘴(4)的尿素溶液的量来控制所述尿素喷嘴(4)的喷射流量，通过控制供应到所述发动机内的燃油量以控制所述排气管(2)的排气流量，并且通过增减所述发动机的驱动负载以控制所述排气处理装置(5)中的温度，并通过温度传感器(6)进行检测。
5.根据权利要求1所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，对应于所述发动机的轻载状态的一个轻载预定测试条件下，设定并控制所述尿素喷嘴(4)的喷射流量为预定值A为0.3ml/s，所述排气管(2)的排气流量的预定范围B为124g/s-132g/s，所述排气处理装置(5)中的温度预定范围C为195℃-205℃，并且在该轻载预定测试条件下，以2小时为所述一个测试周期，所述尿素结晶重量预设标准值E预设为90g。
6.根据权利要求1所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，对应于所述发动机的中载状态的一个中载预定测试条件下，设定并控制所述尿素喷嘴(4)的喷射流量为预定值A为0.3ml/s，所述排气管(2)的排气流量的预定范围B为124g/s-132g/s，所述排气处理装置(5)中的温度预定范围C为275℃-285℃，并且在该中载预定测试条件下，以6小时为所述一个测试周期，所述尿素结晶重量预设标准值E预设为25g。
7.根据权利要求1所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，对应于所述发动机的满载状态的一个满载预定测试条件下，设定并控制所述尿素喷嘴(4)的喷射流量为预定值A为0.7ml/s，所述排气管(2)的排气流量的预定范围B为176g/s-184g/s，所述排气处理装置(5)中的温度预定范围C为395℃-405℃，并且在该满载预定测试条件下，以16小时为所述一个测试周期，所述尿素结晶重量预设标准值E预设为5g。
8.根据权利要求1所述的发动机的SCR尾气处理系统的尿素结晶检试方法，其中，当在所述第五步骤中判定所述SCR尾气处理系统不符合要求时，通过调节所述尿素溶液喷嘴(4)与所述排气处理装置(5)之间的间距和/或调节所述雾化器(7)与所述排气处理装置(5)之间的间距，以增强所述排气管(2)中的废气与雾化的尿素溶液之间的混合效果。
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