CN108266251A - 柴油机排放循环测试结果评价及修正方法 - Google Patents

柴油机排放循环测试结果评价及修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种柴油机排放循环测试结果评价及修正方法，用于评价SCR催化消声器对柴油机排气污染物的处理效果，评价方法包括获取每种污染物的比排放结果，并根据该比排放结果对污染物的处理效果进行评价；修正方法包括：S1、通过小样或台架试验计算获得不同氨氮比、不同排温以及不同空速下第i个工况点采用催化剂的尿素利用率；S2、根据开发和验证试验时不同的氨氮比、排温以及空速条件，通过所述催化剂的尿素利用率得出开发及验证时所述第i个工况点的尿素利用率和修正系数；S3、根据所述修正系数对验证试验时所述第i个工况点经过SCR后处理系统处理后的NOx排放浓度进行修正。本发明能够客观评价SCR催化消声器对柴油机排气污染物的处理效果。

Description

柴油机排放循环测试结果评价及修正方法
技术领域
本发明涉及发动机SCR后处理技术领域，特别是涉及一种柴油机排放循环测试结果评价及修正方法。
背景技术
在进行SCR喷射系统、封装等后处理相关考核件的台架验证时，常会因为不同台架系统或不同样机的原因导致相同工况点即使在废气流量和排温保持一致的条件下，原始NOx浓度与开发状态仍存在差异，这些差异会直接影响到经过后处理系统处理后的NOx排放结果，不利于对催化消声器、喷射系统等相关后处理考核件做出准确的判断。
目前尚无统一的技术方案，常见的处理方式有两种：一种为通过前后两次试验的NOx转化效率比较两次试验结果，进而对试验样件性能进行判断，其计算公式为：另一种为通过前后两次试验经过 SCR系统处理后NOx下降量来比较两次试验结果，其计算公式为：
NOx下降量＝Y(NOx)-G(NOx)；
上述公式中，Y(NOx)为原机NOx排放结果，单位为g/kw.h；
G(NOx)为经后处理系统处理后NOx排放结果，g/kw.h。
以上两种方法都未考虑到原机NOx变化后实际参与反应的氨气与NOx气体比值(氨氮比)发生变化后对实际NOx转化效率及尿素利用率的影响，不能对排放结果进行准确、全面的评价。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种柴油机排放循环测试结果评价方法，用于评价SCR催化消声器对柴油机排气污染物的处理效果，包括：利用公式获得每种污染物的比排放结果，根据所述比排放结果对污染物的处理效果进行评价；
式中，x为循环的比排放结果，单位为g/kw.h；
N(NOx)i为稳态循环中参与计算的第i工况点NOx排放量，单位g；
Wi为稳态循环中参与计算的第i工况点柴油机做功，单位kw.h；
为第i个工况点的权重。
进一步地，所述评价方法能够用于稳态试验，包括：在规定的稳态试验循环期间，积分计算循环时间内的发动机的输出功率，用质量排放值以及发动机的积分功率值计算出每种污染物的比排放量。
本发明还提供了一种柴油机排放循环测试结果修正方法，该修正方法用于对上述比排放结果进行修正，所述修正方法包括：
S1：通过小样或台架试验计算获得不同氨氮比、不同排温以及不同空速下第i个工况点采用催化剂的尿素利用率；
S2：根据开发和验证试验时不同的氨氮比、排温以及空速条件，通过所述催化剂的尿素利用率得出开发及验证时所述第i个工况点的尿素利用率和修正系数；
S3：根据所述修正系数对验证试验时所述第i个工况点经过SCR后处理系统处理后的NOx排放浓度进行修正。
进一步地，所述尿素利用率的计算公式为式中，
N实际参与反应的尿素量为实际发生反应的尿素量；
N实际喷射的尿素量为实际喷射的尿素量。
进一步地，所述修正系数的计算公式为式中，
ηi为第i个工况点的修正系数；
λ开发i为开发时第i个工况点开发时的尿素利用率；
λ验证i为验证时第i个工况点验证时的尿素利用率。
进一步地，验证试验时的修正方法包括将验证时第i个工况点的NOx原排数值替换为开发时的NOx原排值，然后将验证时的NOx转化效率利用上述修正系数ηi进行修正，最终获得该工况点修正后NOx排放浓度，即
式中，G(NOx)修正i为第i个工况点的修正处理后的NOx排放浓度；
Y(NOx)开发i为第i个工况点开发时的原机NOx排放浓度；
Y(NOx)验证i为第i个工况点验证时的原机NOx排放浓度；
G(NOx)验证i为第i个工况点验证时经后处理系统处理后的NOx排放浓度。
进一步地，所述验证时的修正方法的公式能够替换为：
G(NOx)修正i＝Y(NOx)开发i-(Y(NOx)验证i-G(NOx)验证i)×ηi。
本发明的优点如下：
本发明充分考虑到不同排温、空速、氨氮比对尿素利用率的影响，以不同条件下实际尿素利用率来评估修正NOx原机状态发生变化后NOx的降低量，能够避免因在不同试验台架、采用不同试验样机导致前后稳态循环柴油机原排不一致对排放结果带来的影响，修正后的结果能够客观评价SCR催化消声器对柴油机排气污染物的处理效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的柴油机排放循环测试结果修正方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种柴油机排放循环测试结果评价方法，包括根据SCR后处理系统中每种污染物的比排放结果进行分析，进而评价SCR尿素喷射系统、封装结构设计等零部件性能。
以稳态试验为例，在规定的稳态试验循环期间，积分计算循环时间内的发动机的输出功率，用质量排放值及发动机的积分功率值计算出每种污染物的比排放量进行评价。
其计算公式为：
式中，x为循环的比排放结果，单位为g/kw.h；
N(NOx)i为稳态循环中参与计算的第i工况点NOx排放量，单位g；
Wi为稳态循环中参与计算的第i工况点柴油机做功，单位kw.h；
为第i个工况点的权重；
SCR催化消声器在不同氨氮比、不同空速、不同排温工况下对NOx的转化效率和尿素利用率是不一致的。在相同条件下，氨氮比越大，尿素利用率会越低。相同条件下，验证试验时NOx原排升高，氨氮比会降低，尿素利用率会提高；反之，如果验证试验时原排降低，氨氮比会提高，尿素利用率会相应下降。
本发明根据开发状态原机NOx排放水平，结合催化剂在不同排温、空速、氨氮比下的尿素利用率，还提供了一种对排放结果进行合理修正的方法，以便对不同原机NOx排放水平下的排放结果进行对比分析，最终实现对相关考核件的性能进行准确客观的评价。
具体地，本发明提供的柴油机排放循环测试结果修正方法包括：
S1：通过小样或台架试验计算获得不同氨氮比、不同排温以及不同空速下第i个工况点采用催化剂的尿素利用率MAP。
其中，实际参与反应的尿素量根据SCR后处理系统前后的NOx降低量，通过相应化学方程式计算得出。
S2：根据开发和验证时不同的氨氮比、排温以及空速条件，通过该催化剂的尿素利用率MAP得出开发及验证时该工况点的尿素利用率和修正系数。
其中，N实际参与反应的尿素量为实际发生反应的尿素量；
N实际喷射的尿素量为实际喷射的尿素量；
ηi为第i个工况点的修正系数；
λ开发i为开发时第i个工况点开发时的尿素利用率；
λ验证i为验证时第i个工况点验证时的尿素利用率。
S3：根据修正系数对该工况点验证时经过SCR后处理系统处理后的NOx排放浓度进行修正。
在进行验证试验时，若各工况点NOx原排较开发时发生变化，可对其进行修正。具体的修正方法为：如公式4所示，将验证时第i个工况点的NOx原排数值替换为开发时的NOx原排值，然后将验证时的NOx转化效率利用上述修正系数ηi进行修正，最终获得该工况点修正后的NOx排放浓度。
该公式又可简化为
G(NOx)修正i＝Y(NOx)开发i-(Y(NOx)验证i-G(NOx)验证i)×ηi(5)
其中，G(NOx)修正i为第i个工况点的修正处理后的NOx排放浓度；
Y(NOx)开发i为第i个工况点开发时的原机NOx排放浓度；
Y(NOx)验证i为第i个工况点验证时的原机NOx排放浓度；
G(NOx)验证i为第i个工况点验证时经后处理系统处理后的NOx排放浓度。
修正后对单个点排放结果利用公式(1)进行加权可获得最终的循环排放结果。
本发明的试验不局限于稳态试验，还包括其他循环测试结果的评价试验，本发明不具体限定。
以具体实例进行说明，采用某催化剂进行尿素喷射系统或其它待考核样件进行ESC稳态循环试验，ESC稳态循环试验包含13个稳态工况的试验循环。
若第i个工况点开发时原机NOx浓度为1000ppm，经过后处理系统处理后浓度为200ppm；而采用相同催化剂进行数据验证时相同工况原机NOx浓度为 900ppm，经过后处理系统后浓度为100ppm。由于验证时NOx原排浓度降低，经后处理系统处理后NOx浓度也会相应降低，从而难以对待考核件的性能进行评价。
为了消除原机浓度变化带来的影响，对验证时的NOx排放结果进行修正，分别查找验证与开发时不同氨氮比对应的尿素利用率MAP，结果分别为
λ开发i＝0.95，λ验证i＝0.92；
计算修正系数为ηi＝0.95/0.92＝1.033，此时根据公式(4)计算该工况点按照开发时的原排状态经过后处理系统后的排放结果应该为：
1000-(900-100)*1.033＝173.6(ppm)；
该结果要优于开发时的200ppm。
根据该工况的废气流量大小可进一步出该工况的排放量，类似求出验证试验其它工况的排放量，最终按照公式(1)通过加权可以获得按照开发时原机 NOx浓度进行试验时稳态循环试验的比排放结果。
本发明充分考虑到不同排温、空速、氨氮比对尿素利用率的影响，以不同条件下实际尿素利用率来评估修正NOx原机状态发生变化后NOx的降低量，能够避免因在不同试验台架、采用不同试验样机导致前后稳态循环柴油机原排不一致对排放结果带来的影响，修正后的结果能够客观评价SCR催化消声器对柴油机排气污染物的处理效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种柴油机排放循环测试结果评价方法，用于评价SCR催化消声器对柴油机排气污染物的处理效果，其特征在于，包括：利用公式获得每种污染物的比排放结果，根据所述比排放结果对污染物的处理效果进行评价；
式中，x为循环的比排放结果，单位为g/kw.h；
N(NOx)i为稳态循环中参与计算的第i工况点NOx排放量，单位g；
Wi为稳态循环中参与计算的第i工况点柴油机做功，单位kw.h；
为第i个工况点的权重。
2.根据权利要求1所述的柴油机排放循环测试结果评价方法，其特征在于，所述评价方法能够用于稳态试验，包括：在规定的稳态试验循环期间，积分计算循环时间内的发动机的输出功率，用质量排放值以及发动机的积分功率值计算出每种污染物的比排放量。
3.一种柴油机排放循环测试结果修正方法，所述修正方法用于对权利要求1所述的比排放结果进行修正，其特征在于，所述修正方法包括：
S1：通过小样或台架试验计算获得不同氨氮比、不同排温以及不同空速下第i个工况点采用催化剂的尿素利用率；
S2：根据开发和验证试验时不同的氨氮比、排温以及空速条件，通过所述催化剂的尿素利用率得出开发及验证时所述第i个工况点的尿素利用率和修正系数；
S3：根据所述修正系数对验证试验时所述第i个工况点经过SCR后处理系统处理后的NOx排放浓度进行修正。
4.根据权利要求3所述的柴油机排放循环测试结果修正方法，其特征在于，所述尿素利用率的计算公式为式中，
N实际参与反应的尿素量为实际发生反应的尿素量；
N实际喷射的尿素量为实际喷射的尿素量。
5.根据权利要求4所述的柴油机排放循环测试结果修正方法，其特征在于，所述修正系数的计算公式为式中，
ηi为第i个工况点的修正系数；
λ开发i为开发时第i个工况点开发时的尿素利用率；
λ验证i为验证时第i个工况点验证时的尿素利用率。
6.根据权利要求5所述的柴油机排放循环测试结果修正方法，其特征在于，验证试验时的修正方法包括将验证时第i个工况点的NOx原排数值替换为开发时的NOx原排值，然后将验证时的NOx转化效率利用所述修正系数ηi进行修正，最终获得该工况点修正后NOx排放浓度，即
式中，G(NOx)修正i为第i个工况点的修正处理后的NOx排放浓度；
Y(NOx)开发i为第i个工况点开发时的原机NOx排放浓度；
Y(NOx)验证i为第i个工况点验证时的原机NOx排放浓度；
G(NOx)验证i为第i个工况点验证时经后处理系统处理后的NOx排放浓度。
7.根据权利要求6所述的柴油机排放循环测试结果修正方法，其特征在于，所述验证时的修正方法的公式能够替换为：
G(NOx)修正i＝Y(NOx)开发i-(Y(NOx)验证i-G(NOx)验证i)×ηi。
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