CN110749452B - 汽车尿素混合器结晶台架试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及汽车尿素混合器结晶台架试验方法。该方法包括以下步骤：步骤一：选择合适的发动机性能台架试验室；步骤二：确认试验所使用的硬件符合试验要求，对如下零件进行称重，主要部位进行拍照记录实验前状态；步骤三：实验前标定程序的确认；提前模拟验证实际整车工况下的尿素混合器结晶是否满足设计要求，以便足够的信心使用目前设计尿素混合器支持后续的整车尿素混合器结晶试验。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及汽车尿素混合器结晶台架试验方法。
背景技术
随着整个国内国际范围对汽车排放限值的提高，汽车尾气排气系统逐渐增加相应的后处理系统，以前轻型柴油车国五阶段无需使用尿素系统，即排气管中无尿素混合器，因此设计不需要考虑尿素结晶问题，但轻型柴油车国六排气后处理系统相对国五阶段，新增加了尿素喷射系统、尿素混合器、SCR（选择性催化还原催化器）等后处理系统，其中尿素混合器如果因为设计不当，整车在使用过程尿素混合器不可避免会产生尿素结晶，如果因为设计不当，此结晶会不断增加，且无法消除，最终会导致排气管及尿素喷嘴被严重堵塞，造成排气管背压增大，影响发动机性能，尿素喷嘴无法喷射尿素，最终导致排放超出国家法规要求，整车OBD灯亮起，甚至整车限扭。
设计中为提前模拟验证上述风险，需要在设计阶段提前使用发动机台架试验模拟整车工况，来验证当前设计的尿素混合器结晶量是否满足设计要求，以便确保当前设计的尿素混合器结晶量满足后续整车实际使用工况，此种台架试验方法目前只有在重型车上使用，且重型车台架和整车采用的试验循环工况为WHTC循环（全球重型汽车测试循环），重型车后处理系统是DOC（柴油氧化催化器）+CDPF（带贵金属涂层的柴油颗粒捕集器）+SCR（选择性催化还原催化器）处理系统，而当前JMC轻型柴油车法规要求采用的台架及整车试验循环工况为WLTC循环（全球轻型汽车测试循环），与之前轻型国五阶段NEDC循环(欧洲驾驶循环)相比，WLTC循环对车辆冷启动、加减速以及高负荷状态下的排放进行了更全面的考核，覆盖了更大的发动机工作范围，对车辆的排放控制性能提出了更高的要求。
且与重型车使用DOC+CDPF+SCR后处理系统不同，JMC轻型柴油车后处理系统采用的是NSC（氮氧化物存储催化还原催化器）+CDPF+SCR后处理系统，此系统的尿素混合器设计需要考虑NSC以及CDPF中碳颗粒主动再生产生的高温以及污染物对结晶的影响，与之前所有车型试验工况不同，目前国内外对上述系统的尿素混合器结晶试验无经验及案例可循，因此团队无法确认目前设计的尿素混合器在上述工况下的结晶量是否能够满足设计要求，团队急需一种新的台架试验方法来支持验证目前设计的尿素混合器在上述工况下的结晶量是否满足设计要求，团队需要在项目有限时间内完成此试验方法制定并完成试验以便足够的信心使用目前设计尿素混合器支持后续的整车尿素混合器结晶试验，此项任务是极具挑战性的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：选择合适的发动机性能台架试验室；
步骤二：确认试验所使用的硬件符合试验要求，对零件进行称重，并进行拍照记录实验前状态；
步骤三：实验前标定程序的确认；
步骤四：台架搭建及试运行，确认各项指标满足要求上述要求；
步骤五：启动台架试验，按照WLTC工况完成一次DPF再生间隔里程对应的台架时间；
步骤六：NSC脱硫和CDPF中碳颗粒主动再生对尿素结晶影响验证：
步骤七：DPF再生后对各零件称重、拍照记录；
步骤八：验证重复性，进行第二轮试验，启动台架试验，按照WLTC工况完成第二次DPF再生间隔里程对应的台架时间，完成一次DPF再生间隔里程试验后，停止试验，30min内拆下混合器、尿素喷嘴、尿素箱并完成称重，记录重量、并观察混合器内部、喷嘴、喷嘴座是否有结晶且拍照记录；
步骤九：NSC脱硫和CDPF中碳颗粒主动再生对尿素结晶影响验证，重新将混合器装配回台架，并重新启动台架，并启动NSC脱硫及CDPF中碳颗粒主动再生，试验时间按照各自项目要求的时间进行，本项目时间控制在15±5min；
步骤十：DPF再生后对各零件称重、拍照记录，30min内拆下尿素混合器、尿素喷嘴、尿素箱进行称重，并检查各个零件内部是否有结晶，并拍照记录各零件结晶状态，记录；
步骤十一：停止试验，试验完成：收集试验过程记录数据，根据数据及试验结果编制试验报告；需要收集其他试验过程数据有： NOx和PM原排、尾管排放值；尿素平均喷射量；整个工况记录的发动机转速、扭矩、功率、进气量、排气个传感器记录数据。
步骤一中，由于需要带整套后处理系统进行试验，后处理长度比较长，因此需要提前确认发动机+后处理系统+其它附件尺寸，并确认能够容纳下此尺寸的发动机性能台架实验室，注意：不得因为台架试验室尺寸不够，而去改制排气管，这样会导致排气系统状态与设计不符，很可能会导致试验结果不准确，尽量在实验前选用合适的台架和设备，避免台架支撑柱、测功机、排放设备等实验设备与排气后处理系统干涉，并记录台架及发动机参数表、后处理参数。
步骤三中，需要确认实验使用的标定程为最新标定程序，要求此标定程序与最终标定程序越接近越好（特别是有关发动机原排以及后处理系统标定数据、尿素喷射控制程序）；由于NOx和PM对结晶试验影响非常大，需要重点确保两项污染物原排符合属性目标要求要求在此标定程序下的发动机外特性及原排符合属性目标要求确认标定程序包含台架NSC吸附、再生、脱硫标定程序，CDPF中碳颗粒主动再生标定程序；需要在实验前让标定公司确认尿素系统喷射控制程序是最终状态，且修改尿素喷射量按1.1倍氨氮比进行连续喷射试验。
步骤五中完成第一次DPF再生间隔里程试验后，停止试验，30min内拆下混合器、尿素喷嘴、尿素箱并完成称重，记录重量、并观察混合器内部、喷嘴、喷嘴座是否有结晶且拍照记录。
步骤六中重新将混合器装配回台架，并重新启动台架，并启动NSC脱硫及CDPF中碳颗粒主动再生，试验时间按照各自项目要求的时间进行，本项目时间控制在15±5min。
步骤七中30min内拆下尿素混合器、尿素喷嘴、尿素箱进行称重，并检查各个零件内部是否有结晶，并拍照记录各零件结晶状态，记录。
本发明的有益效果在于：
此方法采用WLTC循环工况、同时考虑WLTC循环中NSC再生及脱硫对尿素混合器结晶的影响，以及CDPF中碳颗粒主动再生对尿素混合器结晶的影响，提前模拟验证实际整车工况下的尿素混合器结晶是否满足设计要求，以便足够的信心使用目前设计尿素混合器支持后续的整车尿素混合器结晶试验。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明公开了一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：选择合适的发动机性能台架试验室；
步骤二：确认试验所使用的硬件符合试验要求，对零件进行称重，进行拍照记录实验前状态；
步骤三：实验前标定程序的确认；
步骤四：台架搭建及试运行，确认各项指标满足要求上述要求；
步骤五：启动台架试验，按照WLTC工况完成一次DPF再生间隔里程对应的台架时间；
步骤六：NSC脱硫和CDPF中碳颗粒主动再生对尿素结晶影响验证：
步骤七：DPF再生后对各零件称重、拍照记录；
步骤八：、验证重复性，进行第二轮试验，启动台架试验，按照WLTC工况完成第二次DPF再生间隔里程对应的台架时间，完成一次DPF再生间隔里程试验后，停止试验，30min内拆下混合器、尿素喷嘴、尿素箱并完成称重，记录重量、并观察混合器内部、喷嘴、喷嘴座是否有结晶且拍照记录；
步骤九：NSC脱硫和CDPF中碳颗粒主动再生对尿素结晶影响验证，重新将混合器装配回台架，并重新启动台架，并启动NSC脱硫及CDPF中碳颗粒主动再生，试验时间按照各自项目要求的时间进行，本项目时间控制在15±5min。
步骤十：DPF再生后对各零件称重、拍照记录，30min内拆下尿素混合器、尿素喷嘴、尿素箱进行称重，并检查各个零件内部是否有结晶，并拍照记录各零件结晶状态，记录；
步骤十一：停止试验，试验完成：收集试验过程记录数据，根据数据及试验结果编制试验报告；需要收集其他试验过程数据有： NOx和PM原排、尾管排放值；尿素平均喷射量；整个工况记录的发动机转速、扭矩、功率、进气量、排气个传感器记录数据。
步骤一中，由于需要带整套后处理系统进行试验，后处理长度比较长，因此需要提前确认发动机+后处理系统+其它附件尺寸，并确认能够容纳下此尺寸的发动机性能台架实验室，注意：不得因为台架试验室尺寸不够，而去改制排气管，这样会导致排气系统状态与设计不符，很可能会导致试验结果不准确，尽量在实验前选用合适的台架和设备，避免台架支撑柱、测功机、排放设备等实验设备与排气后处理系统干涉，并记录台架及发动机参数表、后处理参数。
步骤三中，需要确认实验使用的标定程为最新标定程序，要求此标定程序与最终标定程序越接近越好（特别是有关发动机原排以及后处理系统标定数据、尿素喷射控制程序）；由于NOx和PM对结晶试验影响非常大，需要重点确保两项污染物原排符合属性目标要求要求在此标定程序下的发动机外特性及原排符合属性目标要求确认标定程序包含台架NSC吸附、再生、脱硫标定程序，CDPF中碳颗粒主动再生标定程序；需要在实验前让标定公司确认尿素系统喷射控制程序是最终状态，且修改尿素喷射量按1.1倍氨氮比进行连续喷射试验。
步骤五中完成第一次DPF再生间隔里程试验后，停止试验，30min内拆下混合器、尿素喷嘴、尿素箱并完成称重，记录重量、并观察混合器内部、喷嘴、喷嘴座是否有结晶且拍照记录。
步骤六中重新将混合器装配回台架，并重新启动台架，并启动NSC脱硫及CDPF中碳颗粒主动再生，试验时间按照各自项目要求的时间进行，本项目时间控制在15±5min。
步骤七中30min内拆下尿素混合器、尿素喷嘴、尿素箱进行称重，并检查各个零件内部是否有结晶，并拍照记录各零件结晶状态，记录。
此方法的工作原理是：
1、当发动机原排污染物（主要是NO、NO2、CO、NMHC）进入NSC+CDPF+SCR系统时，当NSC吸附NOX到达饱和时，NSC会进入DNOx(降低NOx)再生过程，即将NOx与CO反应，生成无害的N2和CO2过程，以消除部分有害的NO，此过程会使得到达尿素混合器处的降低NOx浓度降低，使得尿素喷嘴在WLTC工况的前2个阶段基本都不喷射尿素，可以降低整个WLTC工况尿素结晶量。
2、同时在WLTC循环工况，NSC会有DSOx（脱硫）再生过程，此过程将BaSO4分解为BaCO3和硫化物，此过程需要高温，高温可以将之前产生的尿素结晶消除掉一部分，而此过程NSC中逃逸的NOx比较多，需要更多尿素喷射来消除NOx，尿素喷射量大量增加会带来更高的尿素结晶风险，需要验证此工况对尿素结晶量的影响。
3、当整个模拟整车工况的实验循环进行到9h的时候，CDPF中的碳颗粒刚好累计到最大碳载量阶段（9g/L）,此时CDPF根据DPF两端的压差传感器、温度传感器的信号，反馈给ECU，启动缸内后喷，将进入CDPF的排气温度提高到620℃左右，使得CDPF进入主动再生模式，其中碳颗粒在高温下氧化，产生大量的热量，使得尿素混合器入口温度达到900℃，整个再生时间长15min±5min，如此长时间的高温会将混合器内的95%结晶全部消除；
团队按照此方法最终顺利完成试验，尿素混合器内没有任何可见结晶物，试验结果满足设计要求，今后项目只要符合上述工况的均可按照此方法进行混合器结晶试验，提前通过台架试验验证设计的混合器是否满足设计要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所述内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：选择合适的发动机性能台架试验室；
步骤二：确认试验所使用的硬件符合试验要求，对零件进行称重，并进行拍照记录实验前状态；
步骤三：实验前标定程序的确认；
步骤四：台架搭建及试运行，确认各项指标满足上述要求；
步骤五：启动台架试验，按照WLTC工况完成一次DPF再生间隔里程对应的台架时间；
步骤六：NSC脱硫和CDPF中碳颗粒主动再生对尿素结晶影响验证：
步骤七：DPF再生后对各零件称重、拍照记录；
步骤八：验证重复性，进行第二轮试验，启动台架试验，按照WLTC工况完成第二次DPF再生间隔里程对应的台架时间，完成一次DPF再生间隔里程试验后，停止试验，30min内拆下混合器、尿素喷嘴、尿素箱并完成称重，记录重量、并观察混合器内部、喷嘴、喷嘴座是否有结晶且拍照记录；
步骤九：NSC脱硫和CDPF中碳颗粒主动再生对尿素结晶影响验证，重新将混合器装配回台架，并重新启动台架，并启动NSC脱硫及CDPF中碳颗粒主动再生，试验时间按照各自项目要求的时间进行，本项目时间控制在15±5min；
步骤十：DPF再生后对各零件称重、拍照记录，30min内拆下尿素混合器、尿素喷嘴、尿素箱进行称重，并检查各个零件内部是否有结晶，并拍照记录各零件结晶状态，记录；
步骤十一：停止试验，试验完成：收集试验过程记录数据，根据数据及试验结果编制试验报告；需要收集其他试验过程数据有： NOx和PM原排、尾管排放值；尿素平均喷射量；整个工况记录的发动机转速、扭矩、功率、进气量、排气个传感器记录数据。
2.根据权利要求1所述的一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，其特征在于，步骤一中，由于需要带整套后处理系统进行试验，后处理长度比较长，因此需要提前确认发动机+后处理系统+其它附件尺寸，并确认能够容纳下此尺寸的发动机性能台架实验室，尽量在实验前选用合适的台架和设备，避免台架支撑柱、测功机、排放设备与排气后处理系统干涉，并记录台架及发动机参数表、后处理参数。
3.根据权利要求1所述的一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，其特征在于，步骤三中，需要确认实验使用的标定程序为最新标定程序，要求此标定程序与最终标定程序越接近越好；由于NOx和PM对结晶试验影响非常大，需要重点确保两项污染物原排符合属性目标要求，要求在此标定程序下的发动机外特性及原排符合属性目标要求，确认标定程序包含台架NSC吸附、再生、脱硫标定程序，CDPF中碳颗粒主动再生标定程序；需要在实验前让标定公司确认尿素系统喷射控制程序是最终状态，且修改尿素喷射量按1.1倍氨氮比进行连续喷射试验。
4.根据权利要求1所述的一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，其特征在于，步骤五中完成第一次DPF再生间隔里程试验后，停止试验，30min内拆下混合器、尿素喷嘴、尿素箱并完成称重，记录重量、并观察混合器内部、喷嘴、喷嘴座是否有结晶且拍照记录。
5.根据权利要求1所述的一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，其特征在于，步骤六中重新将混合器装配回台架，并重新启动台架，并启动NSC脱硫及CDPF中碳颗粒主动再生，试验时间按照各自项目要求的时间进行，本项目时间控制在15±5min。
6.根据权利要求1所述的一种汽车尿素混合器结晶台架试验方法，其特征在于，步骤七中30min内拆下尿素混合器、尿素喷嘴、尿素箱进行称重，并检查各个零件内部是否有结晶，并拍照记录各零件结晶状态，记录。
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