CN105241654B - Scr催化剂耐久性能的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SCR催化剂耐久性能的测试方法，包括下述步骤：选取两套新鲜SCR催化剂作为样件A、B；对样件A做老化处理；将老化处理后的样件A和未作老化处理的样件B用同样的封装工艺分别封装；将封装后的样件A、B或样件B、A先后装配至同一台发动机；对装配有样件A、样件B的发动机分别进行排放试验；排放试验的测试条件包括SCR喷射系统未喷射尿素和喷射尿素两种情形；根据试验结果计算SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差；若SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差均在对应的预设范围内，则SCR催化剂耐久试验合格。该方法能够精确评测SCR催化剂的耐久性能。
Description
技术领域
本发明涉及发动机后处理技术领域，特别是涉及一种SCR催化剂耐久性能的测试方法。
背景技术
随着排放法规越来越严格，对发动机后处理技术的要求越来越高，为满足排放法规对碳烟和氮氧化物的限制，发动机主要利用SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原系统)来降低氮氧化物的排放；SCR催化剂作为后处理系统的关键零部件，科学有效地评价SCR催化剂的耐久性能至关重要。
目前没有专门以SCR催化剂为对象进行耐久性能的测试，通常都是以SCR催化消声器(其包括SCR催化剂、载体等)整体作为测试对象，得到的是整体的劣化系数，具体的测试方法如下：
准备试验用一台发动机和两套SCR催化消声器样件，对其中一套SCR催化消声器样件(以下简称样件A)进行耐久试验，另一套SCR催化消声器样件(以下简称样件B)不进行耐久试验。
其中，样件A的耐久试验方法为装有样件A的发动机跑负载循环200h，这里的耐久试验方法有相关规范，可依照相关规定标准进行试验。
耐久试验后，样件A产生劣化，其劣化系数可用试验前NOx排放量和试验后NOx排放量之比来表示，但是由于经过耐久试验，发动机和SCR喷射系统有可能会产生劣化，故对NOx排放量也可能产生影响，为得到更为精确的样件A的劣化系数，需要消除发动机和SCR喷射系统可能劣化产生的影响。
由于样件B未进行耐久试验，故其未产生劣化，耐久试验前后，分别将样件B装入发动机，检测NOx排放量，即可得到发动机和SCR喷射系统劣化对NOx排放量的影响，具体可通过下述修正系数χCat表示：
GCat,B,0——耐久试验起点，发动机装配样件B的NOx排放测试量，g/(kW·h)；
GCat,B,1——耐久试验终点，发动机装配样件B的NOx排放测试量，g/(kW·h)。
故，样件A的劣化系数λCat可通过下式表示：
GCat,A,0——耐久试验起点，发动机装配样件A的NOx排放测试量，g/(kW·h)；
GCat,A,1——耐久试验终点，发动机装配样件S的NOx排放测试量，g/(kW·h)。
上述方法劣化系数是以SCR催化消声器作为一个整体进行考虑的，无法分解发动机、SCR后处理系统以及SCR催化剂导致排放劣化的权重，致使在SCR催化转化器的发动机台架试验中，无法准确评测催化剂的耐久性；另外，上述劣化系数的计算方法以排放的绝对值为依据，无法清楚说明耐久试验前后催化剂转化效率的差异。
有鉴于此，如何准确评测SCR催化剂的耐久性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种SCR催化剂耐久性能的测试方法，该方法能够精确评测SCR催化剂的耐久性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种SCR催化剂耐久性能的测试方法，包括下述步骤：
选取两套新鲜SCR催化剂作为样件A、B；
对样件A做老化处理；
将老化处理后的样件A和未作老化处理的样件B用同样的封装工艺分别封装；
将封装后的样件A、B或样件B、A先后装配至同一台发动机；对装配有样件A、样件B的发动机分别进行排放试验；排放试验的测试条件包括SCR喷射系统未喷射尿素和喷射尿素两种情形；
根据试验结果计算SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差；
若SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差均在对应的预设范围内，则SCR催化剂耐久试验合格。
如上，本发明提供的测试方法将SCR催化剂作为试验样本，在做老化处理时，只针对SCR催化剂进行，避免了背景技术中将SCR催化转化器作为整体进行老化处理，即排除了SCR催化转化器的自身结构等的老化对测试结果的影响，也就是说，将SCR催化剂从SCR后处理系统中分离出来，从而能够获知SCR催化剂导致排放劣化的权重，判定SCR催化剂的耐久性能时，以SCR催化剂劣化系数作为判定条件的同时还以尿素消耗量误差作为判定条件，能够更准确地评测SCR催化剂的耐久性。
可选地，SCR催化剂的劣化系数λcat通过下述公式计算得到：
η0——样件A的NOx转化效率；
η1——样件B的NOx转化效率；
Gcat,00、Gcat,10——分别为样件A、样件B在测试条件为SCR喷射系统未喷射尿素时的NOx排放测试结果，单位为g/(kW·h)；
Gcat,01、Gcat,11——分别为样件A、样件B在测试条件为SCR喷射系统喷射尿素时的NOx排放测试结果，单位为g/(kW·h)。
可选地，尿素消耗量误差ηcat通过下述公式计算得到：
Δm0——样件A的尿素消耗量，单位为g；
Δm1——样件B的尿素消耗量，单位为g。
可选地，SCR催化剂的劣化系数的预设范围为0.95～1.05。
可选地，尿素消耗量误差的预设范围为0～5％。
可选地，在进行排放试验之前，还对装配有样件A、B的发动机做如下预处理：
将发动机排气温度控制在设定值内，运行设定时间，以便激活SCR催化剂。
可选地，在进行排放试验之前，还对装配有样件A、B的发动机在其最大额定功率点进行排气背压符合性测试。
可选地，通过下述老化方法对样件A做老化处理：
将样件A放入高温炉中老化，老化温度为550℃，老化时间为200小时。
可选地，装配有样件A的发动机的排放试验与装配有样件B的发动机的排放试验之间的时间间隔控制在设定时间内。
可选地，所述排放试验包括ETC排放试验和ESC排放试验。
附图说明
图1为本发明所提供SCR催化剂耐久性能的测试方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明所提供SCR催化剂耐久性能的测试方法第二实施例的流程示意图。
具体实施方式
SCR催化剂劣化的主要原因为高温，SCR催化剂属于发动机排气后处理系统，安装后，受发动机高温排气的影响，在运行一段时间后，容易老化，而发动机NOx排放有严格限制，为了验证SCR催化剂在老化后是否仍具有相当的转化效率，可以控制NOx排放量满足相关法规，所以需要对SCR催化剂的耐久性进行评定。
针对背景技术所记载的技术问题，本文提出了一种SCR催化剂耐久性能的测试方法，该方法能够精确评测SCR催化剂的耐久性能。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供SCR催化剂耐久性能的测试方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述SCR催化剂耐久性能的测试方法包括下述步骤：
S11、选取两套新鲜SCR催化剂作为样件A、B；
S12、对样件A做老化处理；将老化处理后的样件A和未作老化处理的样件B用同样的封装工艺分别封装；
本方案中，选取SCR催化剂作为样件，并对样件A进行老化处理，对处理后的样件A进行封装，未作处理的样件B以同样的封装工艺进行封装，如此，规避了背景技术中以SCR催化转化器作为一个整体进行老化处理，也就是说，本方案中仅对SCR催化剂进行老化处理，排除了SCR催化转化器自身结构等老化对测试结果的影响。
需要指出的是，由于样件B无需进行老化处理，所以对其的封装可以在选定样件后就进行，当然在样件A老化处理后进行也可。
具体的方案中，对样件A进行老化处理的方法如下：
将样件A放入高温炉中老化，老化温度为550℃，老化时间为200小时。
如上，本方案对样件A采取的老化方式为炉体老化，方便控制老化温度和老化时间，规避了背景技术中通过发动机运转的老化方式，相应地排除了发动机自身运转老化对测试结果造成的影响，避免了因消除发动机老化而带来的计算误差，从而使得测试结果更准确。
需要指出的是，针对不同类型的SCR催化剂，其老化温度及老化时间的具体控制值可适当调整，并不局限于上述所述温度值和时间值。
S13、将封装后的样件A、B或样件B、A先后装配至同一台发动机，对装配有样件A、样件B的发动机分别进行排放试验；排放试验的测试条件包括SCR喷射系统未喷射尿素和喷射尿素两种情形；
这里，装配有样件A(样件A已作老化处理)的发动机和装配有样件B(样件B未作老化处理)的发动机在各自进行排放试验时，其测试条件均包括SCR喷射系统未喷射尿素和喷射尿素两种情形。
即实际中排放试验包括：
装配有样件A的发动机，在SCR喷射系统未喷射尿素时进行排放试验，得到NOx排放测试结果；
装配有样件A的发动机，在SCR喷射系统喷射尿素时进行排放试验，得到NOx排放测试结果和尿素消耗量；
装配有样件B的发动机，在SCR喷射系统未喷射尿素时进行排放试验，得到NOx排放测试结果；
装配有样件B的发动机，在SCR喷射系统喷射尿素时进行排放试验，得到NOx排放测试结果和尿素消耗量。
需要指出的是，为消除其他因素对测试结果的影响，所以进行排放试验时，样件A、样件B需装配至同一台发动机，也就是说，无法对样件A、样件B同时进行排放试验，实际中，可以先将样件A装配至发动机进行排放试验后，取下样件A，再将样件B装配至该台发动机进行排放试验，当然也可以先将样件B装配至发动机进行排放试验后，取下样件B，再将样件A装配至该台发动机进行排放试验。
进一步地，装配有样件A的发动机的排放试验与装配有样件B的发动机的排放试验之间的时间间隔控制在设定时间(如一天等)内。
如此，可以尽量消除外界因素对测试结果的影响，使装配有样件A的发动机和装配有样件B的发动机在进行排放试验时，外界条件尽量一致。
所述设定时间可根据实际情形来设置。
S14、根据试验结果计算SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差；
具体的方案中，SCR催化剂的劣化系数λcat通过下式计算得到：
η0——样件A的NOx转化效率；
η1——样件B的NOx转化效率；
Gcat,00、Gcat,10——分别为样件A、样件B在测试条件为SCR喷射系统未喷射尿素时的NOx排放测试结果，单位为g/(kW·h)；
Gcat,01、Gcat,11——分别为样件A、样件B在测试条件为SCR喷射系统喷射尿素时的NOx排放测试结果，单位为g/(kW·h)。
具体的方案中，尿素消耗量误差ηcat通过下式计算得到：
Δm0——样件A的尿素消耗量，单位为g；
Δm1——样件B的尿素消耗量，单位为g。
S15、判断计算得到的SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差是否均在相应的预设范围内，是，SCR催化剂耐久试验合格，否，SCR催化剂耐久试验不合格。
若SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差均在相应的预设范围内，则表明SCR催化剂耐久试验合格，也就是说，即便SCR催化剂经过快速老化处理，也能够发挥作用，将排气中的NOx还原为N2，确保发动机NOx排放满足相关法规。
具体的方案中，SCR催化剂的劣化系数的预设范围为0.95～1.05，尿素消耗量误差的预设范围在5％以内。
如前所述，本测试方法以SCR催化剂作为试验样本，只针对SCR催化剂进行老化处理，规避了背景技术中将SCR催化转化器作为整体进行老化处理，即能够将SCR催化剂从SCR催化转化器中分离处理，从而获知SCR催化剂导致排放劣化的权重，再者，判断SCR催化剂耐久性时，不仅以NOx转化效率作为判定条件，还以尿素的消耗量误差作为判定条件，能够更精确第评测SCR催化剂的耐久性。
另外，在SCR催化剂劣化系数的评定时，以NOx排放转化效率来衡量，而非背景技术中NOx排放的绝对值，可以排除SCR喷射系统对试验结果的影响，使试验结果更准确。
请参考图2，图1为本发明所提供SCR催化剂耐久性能的测试方法第二实施例的流程示意图。
本实施例中，所述测试方法包括下述步骤：
S21、选取两套新鲜SCR催化剂作为样本A、B；
S22、对样件A做老化处理；将老化处理后的样件A和未作老化处理的样件B用同样的封装工艺分别封装；
S23、将封装后的样件A、B或样件B、A先后装配至同一台发动机；
对装配有样件A、B的发动机做如下预处理：
将发动机排气温度控制在设定值内，运行设定时间，以便激活SCR催化剂；
对装配有样件A、B的发动机在其最大额定功率点进行排气背压符合性测试；
之后对装配有样件A、样件B的发动机分别进行排放试验；排放试验的测试条件包括SCR喷射系统未喷射尿素和喷射尿素两种情形；
S24、根据试验结果计算SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差；
S25、判断计算得到的SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差是否均在相应的预设范围内，是，SCR催化剂耐久试验合格，否，SCR催化剂耐久试验不合格。
如上，本实施例与前述第一实施例的基本步骤一致。
两者的区别在于，在对装配有样件的发动机进行排放试验之前，还进一步对装配有样件的发动机进行预处理，如此，可激活SCR催化剂，使试验结果更精确，同时，还可吹掉SCR催化剂表面的灰尘等，减少外部因素对试验结果的干扰。
具体的方案中，发动机排气温度可控制在(450±50)℃范围内，运行的设定时间为2小时，该排气温度的控制值与SCR催化剂的活化温度大致匹配，可以理解，应用中可根据实际情况对该步骤中的发动机排气温度及运行设定时间作出调整。
两者的区别还在于，在对装配有样件的发动机进行排放试验之前，还进一步对装配有样件的发动机在其最大额定功率点进行排气背压符合性测试，如此，可消除排气背压对试验结果的影响。
具体的方案中，要求SCR催化转化器前后压力差不超过15kPa，当然，也可根据实际情况适当调整。
需要指出的是，实际中，在进行排放试验之前，可以先对装配有样件的发动机进行预处理，再对装配有样件的发动机进行排气背压符合性测试；当然，也可先对装配有样件的发动机进行排气背压符合性测试，再对装配有样件的发动机进行预处理；也就是说，所述预处理与排气背压符合性测试并没有严格的先后关系。
还需要指出的是，实际中，在进行排放试验之前，只对装配有样件的发动机进行预处理，或只对装配有样件的发动机进行排气背压符合性测试也是可行的，只是相较而言，两者均进行更有利于精确判定SCR催化剂的耐久性。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述排放试验包括ESC(European Steady-state Cycle，稳态循环)排放试验和ETC(European Transient Cycle，瞬态循环)排放试验。
具体地，ESC排放试验和ETC排放试验都有相关规范，可根据标准GB17691和标准DB11/964要求进行，这里不再详细阐述。
后续判定时，对应于ESC排放试验的SCR催化剂劣化系数和尿素消耗量误差符合要求，以及对应于ETC排放试验的SCR催化剂劣化系数和尿素消耗量误差也符合要求时，方可判定SCR催化剂的耐久试验合格。
如此，针对SCR催化剂进行不同排放试验的测试，可使试验结果更精确。
以上对本发明所提供的SCR催化剂耐久性能的测试方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.SCR催化剂耐久性能的测试方法，其特征在于，包括下述步骤：
选取两套新鲜SCR催化剂作为样件A、B；
对样件A做老化处理；
将老化处理后的样件A和未作老化处理的样件B用同样的封装工艺分别封装；
将封装后的样件A、B或样件B、A先后装配至同一台发动机；对装配有样件A、样件B的发动机分别进行排放试验；排放试验的测试条件包括SCR喷射系统未喷射尿素和喷射尿素两种情形；
根据试验结果计算SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差；
若SCR催化剂的劣化系数及尿素消耗量误差均在对应的预设范围内，则SCR催化剂耐久试验合格；
SCR催化剂的劣化系数λcat通过下述公式计算得到：
其中，
式中：
η0——样件A的NOx转化效率；
η1——样件B的NOx转化效率；
Gcat,00、Gcat,10——分别为样件A、样件B在测试条件为SCR喷射系统未喷射尿素时的NOx排放测试结果，单位为g/(kW·h)；
Gcat,01、Gcat,11——分别为样件A、样件B在测试条件为SCR喷射系统喷射尿素时的NOx排放测试结果，单位为g/(kW·h)。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，尿素消耗量误差ηcat通过下述公式计算得到：
式中：
Δm0——样件A的尿素消耗量，单位为g；
Δm1——样件B的尿素消耗量，单位为g。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，SCR催化剂的劣化系数的预设范围为0.95～1.05。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，尿素消耗量误差的预设范围为0～5％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，在进行排放试验之前，还对装配有样件A、B的发动机做如下预处理：
将发动机排气温度控制在设定值内，运行设定时间，以便激活SCR催化剂。
6.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，在进行排放试验之前，还对装配有样件A、B的发动机在其最大额定功率点进行排气背压符合性测试。
7.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，通过下述老化方法对样件A做老化处理：
将样件A放入高温炉中老化，老化温度为550℃，老化时间为200小时。
8.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，装配有样件A的发动机的排放试验与装配有样件B的发动机的排放试验之间的时间间隔控制在设定时间内。
9.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，所述排放试验包括ETC排放试验和ESC排放试验。
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