CN109252929A - 用于测试氨均匀性的辅助检测设备及其测试方法 - Google Patents

用于测试氨均匀性的辅助检测设备及其测试方法 Download PDF

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Abstract

一种用于测试氨均匀性的辅助检测设备及其测试方法，通过预先检测柴油车后处理系统的结晶状态测试部分的重量，然后进行尿素热流试验，最后再次检测结晶状态测试部分的重量差，并通过辅助检测设备检测结晶状态测试部分的不同位置的氨气浓度，评估得到尿素均匀性。本发明能够测量目标的不同位置处的氨浓度，具有操作简单、故障率低、测点准确，以及低成本的优点。

Description

用于测试氨均匀性的辅助检测设备及其测试方法
技术领域
本发明涉及的是一种尾气后处理领域的技术，具体是一种用于测试氨均匀性的辅助检测设备及其测试方法。
背景技术
为了满足柴油车国四以上的排放要求，中重型柴油车一般采用选择性催化还原技术，但这些国四中重型柴油车仍然产生了大量尿素结晶的现象。目前针对尿素结晶风险和氨均匀性的问题，大家采用计算流体动力学的分析方式来确认后处理系统结构的合理性，但是计算流体动力学分析结果好，并不一定代表实际情况中的尿素结晶和氨均匀性的情况也好，不足以说明真实情况，因此需要有一套有效的方法来验证系统结构的合理性。
发明内容
本发明针对现有验证尿素结晶及氨的均匀性方面缺乏有效合理的测试方法的不足，提出一种用于测试氨均匀性的辅助检测设备及其测试方法，能直接在选择性催化还原技术的出气端监控其端面不同位置的氨浓度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种用于测试氨均匀性的辅助检测设备，包括：设置于支撑平台上的移动平台和通过传感器支撑管与移动平台相连的传感器。
所述的支撑平台包括：平台支撑腿和与其顶部相连的平台面板。
所述的移动平台包括：固定设置于平台面板上的平行金属轨道、水平滑杆、带有传感器移动支架的竖直滑杆和金属板，其中：水平滑杆设置于两根金属轨道，竖直滑杆与水平滑杆垂直且二者之间设有金属板，传感器移动支架与传感器支撑管固定连接。
所述的传感器支撑管为直角形的空心不锈钢管。
本发明涉及一种基于上述装置的柴油车后处理系统的尿素结晶及均匀性测试方法，通过预先检测柴油车后处理系统的结晶状态测试部分的重量，然后进行尿素热流试验，最后再次检测结晶状态测试部分的重量差，并通过辅助检测设备检测结晶状态测试部分的不同位置的氨气浓度，评估得到尿素均匀性。
所述的尿素热流试验，通过组装处理系统并进行发动机预热处理后进行10h的世界统一瞬态测试循环(WHTC)、10h的欧洲瞬态测试工况循环(ETC)和10h低温工况循环。
所述的发动机预热处理是指：启动发动机和测功机运行一个完整的WHTC循环和一个超高速段循环。
所述的尿素热流试验中的10h WHTC、10h ETC和10h低温工况循环优选按照1.05倍氨氮比进行连续喷射试验。
所述的尿素热流试验，根据尿素系统供应商提供的喷射策略控制尿素的喷射速率，同时每隔30min检测尿素混合器结晶状况，优选设置尿素的喷射策略选择起喷温度180℃，喷射速率为15～30m/s，进一步优选25m/s；低温工况优选设置排气流量低于100kg/h的工况点。
所述的通过辅助检测设备检测结晶状态测试部分的不同位置的氨气浓度是指：在SCR后部将封装筒体切开暴露出SCR催化剂端面，将辅助检测设备布置于SCR的端面处，用氨气传感器测试的稳态工况下SCR载体端面不同位置的氨气浓度，评估氨的均匀性以及系统设计的合理性。
所述的稳态工况条件，具体是指：排气流量不低于100kg/h，排温不低于200℃的工况。
所述的评估，包括：评估尿素结晶状态，即尿素结晶总量应不大于总尿素喷射量的4％以及尿素结晶热流试验中氨均匀性，氨均匀性要求大于0.95以上。
所述的评估，当发动机不通过SCR尿素结晶及均匀性测试试验时，则优化SCR后处理系统后重新进行验证试验。
所述的柴油机的后处理系统包括：依次连接的选择性催化还原催化剂(SCR)、具有SCR涂层的柴油机过滤器(SDPF)、结晶状态测试部分和柴油氧化催化剂(DOC)，其中：SCR上设有传感器，结晶状态测试部分上设有喷嘴。
所述的结晶状态测试部分具体是指：从DOC出口端盖法兰至SDPF入口端盖法兰之间的部分，包含尿素混合器。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够测量目标的不同位置处的氨浓度，具有操作简单、故障率低、测点准确，以及低成本的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为实施例中柴油机的后处理系统示意图；
图中：支撑平台1、移动平台2、传感器支撑管3、传感器4、移动支架5、喷嘴6、传感器组7、结晶状态测试部分8、选择性催化还原催化剂9、平台支撑腿10、平台面板11、SDPF12、柴油氧化催化剂13、金属轨道20、水平滑杆21、竖直滑杆22、金属板23、支柱50、托槽51。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：设置于支撑平台1上的移动平台2和通过传感器支撑管3与移动平台2相连的传感器4。
所述的支撑平台1包括：四根平台支撑腿10和与其顶部相连的平台面板11。
所述的移动平台2包括：固定设置于平台面板上的两根平行的金属轨道20、水平滑杆21、带有传感器移动支架5的竖直滑杆22和金属板23，其中：水平滑杆21设置于两根金属轨道20，竖直滑杆22与水平滑杆21垂直且二者之间设有金属板23。
所述的传感器移动支架5设置于竖直滑杆22的外周。
所述的移动支架5包括：竖直方向设置于滑杆外周的支柱50和水平方向托起传感器支撑管的托槽51。
所述的水平滑杆21和竖直滑杆22的长度为450mm。
所述的传感器支撑管3为直角形的空心不锈钢管，其横截面的直径为4cm。
所述的传感器4的线束由传感器支撑管3内穿出与待检装置进行通讯相连，传感器支撑管3设置于移动支架5的托槽51内，传感器4设置于传感器支撑管3内随着竖直滑杆22上下移动或随着水平滑杆21左右移动，即可以达到精确定位。
本实施例涉及上述装置的柴油车后处理系统的尿素结晶及均匀性测试方法，其处理的柴油机的后处理系统如图2所示，包括：依次连接的选择性催化还原催化剂9、SCR涂覆在SDPF12、结晶状态测试部分8和DOC13，其中：选择性催化还原催化剂9上设有由NOx传感器、NH3传感器和温度传感器组成的传感器组7，结晶状态测试部分8上设有喷嘴6。
所述的均匀性测试方法，具体包括以下步骤：
第一步：将图2中柴油机的后处理系统的结晶状态测试部分8从后处理样件上取下称量重量M1；
第二步：重新将结晶状态测试部分8装回后处理样件中，安装在台架设备上，后处理样件和工装安装好后，连接NOx传感器、NH3传感器和温度传感器，接入ECU通讯，之后开启发动机并运行一个WHTC和高负荷段循环进行预热，并测试各传感器通讯是否良好，
第三步：进行尿素结晶试验，试验时间30h，包括10h WHTC，10h ETC工况循环和10h排气流量低于100kg/h的低温工况循环，根据尿素系统供应商提供的喷射策略按照1.05倍氨氮比进行连续喷射试验，起喷温度180℃，同时每隔30min检测尿素混合器结晶状况，拍照记录。
第四步：试验结束，待后处理样件冷却至150℃左右，将结晶状态测试部分8拆下进行称重，得出质量M2，尿素总结晶量等于M2-M1
第五步：待后处理样件冷却后，将SCR后部封装筒体切开暴露出SCR催化剂端面，将图1中所示的辅助检测设备布置于SCR的端面处，重新装回台架，连接好氨传感器(氨传感器布置于SCR出气端，通过辅助测试设备可自由移动调至SCR截面的不同位置)，用氨气传感器测试几个稳态工况下SCR载体端面不同位置的氨气浓度，并记录数据
第六步：尿素结晶及均匀性测试结果判定，具体判定如下：
①SCR催化器尿素混合腔区域无明显结晶体；
②结晶状态测试部分8的尿素结晶体重量≤8g；
③SCR催化器尿素混合腔区域有轻微结晶现象，根据多次拆检结果判断不得有增长趋势。
当同时满足以上条件则认为SCR尿素结晶试验通过，否则进行优化后处理SCR系统后重新进行台架验证试验。
本方法适用于轻、中、重型柴油车，开发周期短，一致性和重复性好。所属试验方法能够在SCR后处理研发前期发现后处理结构是否存在尿素结晶风险，以便在产品研发过程中及时地优化产品结构，避免产品推向市场后出现尿素结晶带来的损失。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种用于测试氨均匀性的辅助检测设备，包括：设置于支撑平台上的移动平台和通过传感器支撑管与移动平台相连的传感器；
所述的支撑平台包括：平台支撑腿和与其顶部相连的平台面板；
所述的移动平台包括：固定设置于平台面板上的平行金属轨道、水平滑杆、带有传感器移动支架的竖直滑杆和金属板，其中：水平滑杆设置于两根金属轨道，竖直滑杆与水平滑杆垂直且二者之间设有金属板，传感器移动支架与传感器支撑管固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于测试氨均匀性的辅助检测设备，其特征是，所述的移动支架包括：竖直方向的中空支柱和水平方向托起传感器支撑管的托槽。
3.根据权利要求1所述的用于测试氨均匀性的辅助检测设备，其特征是，所述的传感器支撑管为直角形的空心不锈钢管。
4.一种基于上述任一权利要求所述装置的柴油车后处理系统的尿素结晶及均匀性测试方法，其特征在于，通过预先检测柴油车后处理系统的结晶状态测试部分的重量，然后进行尿素热流试验，最后再次检测结晶状态测试部分的重量差，并通过辅助检测设备检测结晶状态测试部分的不同位置的氨气浓度，评估得到尿素均匀性。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的尿素热流试验，通过组装处理系统并进行发动机预热处理后进行10h的世界统一瞬态测试循环(WHTC)、10h的欧洲瞬态测试工况循环(ETC)和10h低温工况循环。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的发动机预热处理是指：启动发动机和测功机运行一个完整的WHTC循环和一个超高速段循环。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的尿素热流试验中的10h WHTC、10h ETC和10h低温工况循环，按照1.05倍氨氮比进行连续喷射试验。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的尿素热流试验，根据尿素系统供应商提供的喷射策略控制尿素的喷射速率，同时每隔30min检测尿素混合器结晶状况，具体为：
设置尿素的喷射策略选择起喷温度180℃，喷射速率为15～30m/s，低温工况设置排气流量低于100kg/h的工况点。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的通过辅助检测设备检测结晶状态测试部分的不同位置的氨气浓度是指：在SCR后部将封装筒体切开暴露出SCR催化剂端面，将辅助检测设备布置于SCR的端面处，用氨气传感器测试的稳态工况下SCR载体端面不同位置的氨气浓度，评估氨的均匀性以及系统设计的合理性。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的评估，包括：评估尿素结晶状态，即尿素结晶总量应不大于总尿素喷射量的4％以及尿素结晶热流试验中氨均匀性，氨均匀性要求大于0.95以上；当发动机不通过SCR尿素结晶及均匀性测试试验时，则优化SCR后处理系统后重新进行验证试验。
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