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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種柴油機(jī)尿素水溶液供給與霧化裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本尿素水溶液供給與霧化裝置是一套與現(xiàn)有采用供給泵的裝置不同的裝置，是以壓縮空氣為驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)計(jì)量閥和霧化噴嘴實(shí)現(xiàn)尿素水溶液的精確計(jì)量和充分霧化。裝置采用一體化設(shè)計(jì)，將所有部件集成在尿素箱內(nèi)形成一整體，通過(guò)CAN命令實(shí)施控制，能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，實(shí)時(shí)、精確控制尿素噴射量。
- 詳細(xì)介紹：
- 在降低NOx排放的技術(shù)中，SCR后處理技術(shù)已被證明不僅具有較高的NOx轉(zhuǎn)化率，而且能改善燃油的經(jīng)濟(jì)性。SCR的關(guān)鍵技術(shù)之一是根據(jù)排氣中NOx的濃度向其中精確噴入還原劑（通常是尿素水溶液）。實(shí)際上，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工況不同，NOx排放量也不同。如果還原劑噴入過(guò)量會(huì)導(dǎo)致多余的NH3隨廢氣排入大氣，造成二次污染。相反地，還原劑噴入量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致SCR系統(tǒng)NOx轉(zhuǎn)化效率降低。為了實(shí)時(shí)地精確控制還原劑的噴入量，SCR后處理裝置的還原劑供給系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。 為達(dá)到國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，重型柴油車主要采用SCR后處理技術(shù)，但是國(guó)內(nèi)大多采用國(guó)外設(shè)計(jì)生產(chǎn)的SCR系統(tǒng)，出現(xiàn)國(guó)外SCR系統(tǒng)壟斷現(xiàn)象，而目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一套能實(shí)現(xiàn)所需功能且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SCR供給系統(tǒng)。 本項(xiàng)目將設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)精確、快速響應(yīng)、具有較高可靠性、一致性和霧化效果的低成本尿素溶液供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)能與不同的機(jī)型和車型相匹配，且能縮短設(shè)計(jì)周期，使NOx排放達(dá)到國(guó)Ⅳ或國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。 本尿素水溶液供給與霧化裝置是一套與現(xiàn)有采用供給泵的裝置不同的裝置，是以壓縮空氣為驅(qū)動(dòng)源，以兩個(gè)壓力罐為載體，通過(guò)壓縮空氣擠壓罐內(nèi)尿素水溶液，實(shí)現(xiàn)尿素水溶液的供給。設(shè)計(jì)兩個(gè)二位三通閥、4個(gè)單向閥來(lái)切換控制2個(gè)壓力罐的壓力，實(shí)現(xiàn)尿素水連續(xù)供給。設(shè)計(jì)尿素混合器、霧化噴嘴，通過(guò)計(jì)量閥和霧化噴嘴實(shí)現(xiàn)尿素水溶液的精確計(jì)量和充分霧化。裝置采用一體化設(shè)計(jì)，將所有部件集成在尿素箱內(nèi)形成一整體，通過(guò)CAN命令實(shí)施控制，能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，實(shí)時(shí)、精確控制尿素噴射量。本項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：1、無(wú)泵，氣壓驅(qū)動(dòng)；2、一體化設(shè)計(jì)，與尿素箱集成在一起；3、CAN命令驅(qū)動(dòng)；4、防凍加熱措施簡(jiǎn)單；5、壓力波動(dòng)?。?kPa范圍)；6、成本低廉。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品基于柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)及Urea-SCR系統(tǒng)供給裝置的要求，設(shè)計(jì)一套能達(dá)國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)尿素水溶液供給裝置。 基本思路：以壓縮空氣為動(dòng)力源，壓力腔為驅(qū)動(dòng)載體，通過(guò)閥的組合控制來(lái)實(shí)現(xiàn)尿素水溶液的高精度計(jì)量噴射與均勻霧化。 創(chuàng)新點(diǎn)：（1）無(wú)尿素泵設(shè)計(jì)。裝置采用無(wú)尿素液泵設(shè)計(jì)，以壓縮空氣及箱體內(nèi)的壓力腔為驅(qū)動(dòng)源和驅(qū)動(dòng)載體，通過(guò)閥門控制以此來(lái)替代尿素泵的功能。這與現(xiàn)有的供給裝置有本質(zhì)的區(qū)別。 （2）一體化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)上，裝置將尿素箱、各類閥門、噴嘴、傳感器等零部件集都成在一起，使裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化了。 裝置在設(shè)計(jì)中主要涉及的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是： （1）裝置集成設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各部件在實(shí)現(xiàn)功能上的優(yōu)化集成及裝置的簡(jiǎn)單化，也做到方便裝卸。 （2）本作品通過(guò)控制計(jì)量閥的頻率和占空比實(shí)現(xiàn)了尿素水溶液的高精度噴射，既有效地降低了NOx排放，又避免了氨泄露造成的二次污染。 （3）本設(shè)計(jì)采用了模擬仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了裝置的快速響應(yīng)。 主要的技術(shù)指標(biāo)：（1）尿素噴射流量范圍為50~7000g/h，精度為±0.5%；（2）系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間在1s以內(nèi)；（3）裝置的整體重量小于10kg；（4）壓縮空氣消耗量為1.2~3l/h；（5）系統(tǒng)的壓力為6.5bar。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 首先，本設(shè)計(jì)中，一個(gè)突出的技術(shù)亮點(diǎn)是無(wú)尿素液泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只需壓縮空氣、壓力腔和相關(guān)閥門等就能實(shí)現(xiàn)尿素水的供給，不但減少了裝置的尺寸和重量，同時(shí)降低了成本。 第二，在嚴(yán)寒環(huán)境中，柴油機(jī)SCR系統(tǒng)在停機(jī)時(shí)尿素水溶液會(huì)結(jié)晶，因此需要加熱裝置對(duì)尿素供給系統(tǒng)進(jìn)行加熱。尿素水溶液流經(jīng)的距離越長(zhǎng)、零部件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，加熱裝置也就越復(fù)雜。常規(guī)尿素供給系統(tǒng)中的尿素液泵是尿素供給系統(tǒng)中熱能量最難傳導(dǎo)的部件，此外尿素的凍結(jié)和結(jié)晶會(huì)直接影響泵的壽命和性能。本作品采用了一體化設(shè)計(jì)，使裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且尿素水溶液流經(jīng)的距離短，零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加熱裝置簡(jiǎn)單。 第三，采用了控制計(jì)量閥的頻率和占空比方式實(shí)現(xiàn)高精度噴射，有效地減少了因尿素水溶液過(guò)量造成的二次污染。 第四，控制策略采用模型控制，能實(shí)時(shí)根據(jù)柴油機(jī)的排放改變噴射量，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.不需要尿素液泵。不需要復(fù)雜的尿素供給系統(tǒng)加熱裝置。2.不需要常規(guī)的尿素噴射壓力調(diào)節(jié)器和尿素溶液回流管，精簡(jiǎn)了結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。3.尿素溶液噴射和霧化的動(dòng)力都來(lái)源于柴油機(jī)打氣泵，減少了尿素噴射消耗的柴油機(jī)能量，提高了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。 應(yīng)用前景：我國(guó)每年柴油車年產(chǎn)量為大于200萬(wàn)，國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，后處理裝置產(chǎn)值預(yù)計(jì)將超過(guò)100億元。由于該裝置結(jié)構(gòu)獨(dú)立、簡(jiǎn)單，不受發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、工況的影響，通用性好，對(duì)降低排氣中的NOx有良好的效果。
同類課題研究水平概述
- 為了滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，國(guó)內(nèi)外許多汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)制造商已經(jīng)開(kāi)始把SCR技術(shù)運(yùn)用到其產(chǎn)品上，這意味著SCR技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。為了提高Urea-SCR體系凈化效率，減少氨氣泄漏，MAN公司提出了基于Urea-SCR體系的VHRO系統(tǒng)。博世（BOSCH）公司針對(duì)SCR的應(yīng)用開(kāi)發(fā)了由噴射模塊和定量配給模塊組成的SCR應(yīng)用系統(tǒng)DENOXTRONIC。應(yīng)用DENOXTRONIC系統(tǒng)最多可減少85%的NOx排放和40%的微粒排放，同時(shí)保持NH3的泄露在1ppm以下，并可節(jié)省5%的油耗。該系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足歐Ⅳ和歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)所要求的NOx限值。DENOXTRONIC系統(tǒng)已經(jīng)被歐洲和日本的主要卡車廠商接受，并從2004年起在量產(chǎn)的車輛上使用。日立（Hitachi）公司針對(duì)Urea-SCR系統(tǒng)的NOx轉(zhuǎn)化效率容易受到排氣溫度的影響開(kāi)發(fā)了一種新型的尿素噴射裝置，這種電加熱裝置就是用于加熱Urea，提高低排氣溫度下Urea的分解效率。驗(yàn)證明這種裝置在200℃的排氣溫度下NOx的轉(zhuǎn)化效率依然能接近100%。 由于我國(guó)的排放法規(guī)在歐Ⅴ階段以前比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家落后，而且國(guó)內(nèi)對(duì)SCR技術(shù)的研究相對(duì)較少，基本處于起步階段，尚未有成熟的，實(shí)用化的技術(shù)可供使用。玉柴推出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)Ⅳ柴油發(fā)動(dòng)機(jī)YC6L-40，YC6L-40型柴油機(jī)在YC6L-30型柴油機(jī)基礎(chǔ)上對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，有效的控制了微粒排放。采用“增壓中冷+電控燃油噴射系統(tǒng)+SCR”的技術(shù)路線，整機(jī)排放指標(biāo)滿足國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)要求，燃油消耗量比國(guó)Ⅲ發(fā)動(dòng)機(jī)降低約5%。 國(guó)內(nèi)科技院校對(duì)SCR的研究方面，清華大學(xué)帥石金、王建昕等人通過(guò)數(shù)值模擬和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的方法對(duì)NOx-SCR技術(shù)中做了比較深入的研究；武漢理工大學(xué)陳輝、劉丙善等人在玉柴柴油機(jī)上對(duì)Urea－SCR技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)集成和電控技術(shù)方面的研究；軍事交通學(xué)院資新運(yùn)教授詳細(xì)研究了Ag／Al2O3催化劑，乙醇還原劑的柴油機(jī)SCR還原NOx的一般規(guī)律，為柴油車NOx凈化和系統(tǒng)集成與匹配提供了依據(jù)，并且為其它柴油機(jī)NOx凈化研究提供了理論方法。武漢理工大學(xué)的呂林教授對(duì)一套自德國(guó)引進(jìn)的SCR硬件系統(tǒng)（PUREM）進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，研究搭建了自己的控制裝置，并對(duì)還原劑噴射裝置核心部件噴嘴和計(jì)量泵提出了替代方案。
