用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置及方法，其中，試驗裝置為：尿素分解管一端通過尿素分解管快接頭連接到發動機排氣管，所述尿素分解管的另一端通過前催化器快接頭連接到催化器，所述催化器再通過后催化器快接頭連接到廢氣連接管，所述廢氣連接管置入到廢氣處理池中，所述廢氣處理池設置有廢氣尾管；在所述尿素分解管前端設置有尿素噴嘴，后端設置有尿素噴嘴后氨采樣口；在尿素噴嘴后氨采樣口與催化器之間設置有前氨采樣口，在廢氣連接管上設有后氨采樣口。本發明能夠找出不同溫度下選擇性催化還原后處理系統反應的最優尿素濃度。
【專利說明】
用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及內燃機氮氧化物后處理領域，具體涉及一種用于柴油機后處理的優化 尿素濃度試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 為減少機動車氮氧化物和顆粒物的排放，國家制定了一系列的排放法規。目前，要 使柴油機動車適應國IV、國V標準的主要技術手段是以尿素溶液為還原劑的選擇性催化還 原后處理技術。選擇性催化還原后處理系統的還原劑主要是濃度為32.5 %的尿素溶液，該 濃度的尿素溶液具有最低的冰點。但對于一些環境溫度較高的地區或季節，可以不需要這 么低的冰點，應以最優的尿素濃度向后處理系統中供應尿素。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗 裝置及方法，能夠找出不同溫度下選擇性催化還原后處理系統反應的最優尿素濃度。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0005] -種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置，尿素分解管一端通過尿素分解 管快接頭連接到發動機排氣管，所述尿素分解管的另一端通過前催化器快接頭連接到催化 器，所述催化器再通過后催化器快接頭連接到廢氣連接管，所述廢氣連接管置入到廢氣處 理池中，所述廢氣處理池設置有廢氣尾管；
[0006] 在所述尿素分解管前端設置有尿素噴嘴，后端設置有尿素噴嘴后氨采樣口；在尿 素噴嘴后氨采樣口與催化器之間設置有前氨采樣口，在廢氣連接管上設有后氨采樣口。
[0007] 根據上述方案，在所述尿素噴嘴后氨采樣口與前氨采樣口之間設有水噴嘴。
[0008] 根據上述方案，在尿素分解管快接頭與尿素噴嘴之間還設有前壓力傳感器、尿素 噴嘴前溫度傳感器，在尿素噴嘴與尿素噴嘴后氨采樣口之間設有尿素噴嘴后溫度傳感器， 在前催化器快接頭與尿素噴嘴后氨采樣口之間設有催化器前溫度傳感器，在廢氣連接管上 設有催化器后溫度傳感器、后壓力傳感器。
[0009] 根據上述方案，所述廢氣處理池為密封箱體，其內部裝有廢氣處理液。
[0010] -種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，其特征在于，包括以下步驟:選 定發動機工況;定量噴射固體尿素且逐漸增加噴水量、或者定量噴射尿素水溶液且逐漸增 加尿素水溶液噴射量;觀察氨氣的產生效率，當產生效率到達最大時，此時的尿素濃度為當 前工況最優噴射濃度、或者觀察氮氧化物的轉化效率，當轉化效率到達最大時，此時的尿素 濃度為當前工況最優噴射濃度。
[0011] 根據上述方案，當采取定量噴射固體尿素且逐漸增加噴水量的噴射方式，而且通 過觀察氨氣的產生效率來判斷最優尿素濃度時，
[0012] 尿素濃度
，其中，MiNiyco為尿素噴射質量，單位g; 為水的噴射量，單位g ;氨氣產生效率
，其中，為尿素熱 解和水解產生的總氨氣質量，即前氨采樣口測得的氨氣質量，單位g ; ?(皿#0為尿素噴射質 量，單位g。
[0013] 根據上述方案，當采取定量噴射尿素水溶液且逐漸增加尿素水溶液噴射量的噴射 方式，而且通過觀察氨氣的產生效率來判斷最優尿素濃度時，
[0014] 氨氣產生效率
，其中，沖為尿素熱解和水 解產生的總氨氣質量，即前氨采樣口測得的氨氣質量，單位為當前濃度下尿素 水溶液噴射質量，單位g; Mnhjco為當前尿素濃度。
[0015] 根據上述方案，當采用定量噴射固體尿素且逐漸增加噴水量的噴射方式，而且通 過觀察氨氣的產生效率來判斷最優尿素濃度時，
[0016] 尿素濃度
，其中，為尿素噴射質量，單位g; 為水的噴射量，單位g;氮氧化物轉化效率
其中，^^^沖為尿素熱 解和水解產生的總氨氣質量，即前氨米樣口測得的氨氣質量，單位g ; >6-為轉化后未參 與反應的氨氣質量，即后氨采樣口測得的氨氣質量，單位g。
[0017] 根據上述方案，當采取定量噴射尿素水溶液且逐漸增加尿素水溶液噴射量的噴射 方式，而且通過觀察氨氣的產生效率來判斷最優尿素濃度時，
[0018] 氮氧化物轉化效率
，其中，?(nh3.)中為尿素熱解和水解產生的 總氨氣質量，即前氨采樣口測得的氨氣質量，單位為轉化后未參與反應的氨氣質 量，即后氨采樣口測得的氨氣質量，單位g;
，其中η?懈為尿素固體熱解產生nh3的效率;it為尿素固 體熱解產生的NH3量，即尿素噴嘴后氨米樣口所測得的量，單位g ; ^^(NHUCO為尿素噴射質量， 單位g;
，.其中η*解為尿素固體水解產生NH3的效率;w_ 3_)中為 尿素熱解和水解產生的總氨氣質量，即前氨采樣口測得的氨氣質量，單位g;ra~//3)ii為尿素 固體熱解產生的NH3量，即尿素噴嘴后氨采樣口所測得的量，單位為尿素噴射質 量，單位g。
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果是：1)可以分別測出尿素熱解、水解和總的產 氨量，分析每一步反應的效率;2)可以測出不同尿素濃度下催化器的轉換效率，并找出最優 的尿素噴射濃度;3)可以監測在徑向不同位置處的溫度分布和氨分布，為后續分析提供數 據;4)可以監測水對排氣溫度的影響；5)可以實時顯示固體尿素熱解效率、水解效率、氮氧 化物轉化效率。
[0022] 各氨采樣口沿著圓周在徑向不同深度插入管中以測取管中徑向不同位置的溫度 分布情況。各溫度傳感器沿著圓周在徑向不同深度插入管中以測取管中徑向不同位置的氨 氣量的分布情況。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置結構示意圖。
[0024] 圖2為本發明中各溫度傳感器的徑向布置方式。
[0025] 圖3為本發明中各氨采樣口的徑向布置方式。
[0026] 圖中：尿素分解管快接頭1、前壓力傳感器2、尿素噴嘴前溫度傳感器3、尿素噴嘴4、 尿素分解管5、尿素噴嘴后溫度傳感器6、尿素噴嘴后氨采樣口 7、水噴嘴8、催化器前溫度傳 感器9、前氨采樣口 10、前催化器快接頭11、催化器12、后催化器快接頭13、催化器后溫度傳 感器14、后壓力傳感器15、后氨采樣口 16、廢氣連接管17、廢氣處理池 18、廢氣尾管19。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。本發明提供的一種 用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置，其結構為:尿素分解管5-端通過尿素分解管 快接頭1連接到發動機排氣管，所述尿素分解管5的另一端通過前催化器快接頭11連接到催 化器12,所述催化器12再通過后催化器快接頭13連接到廢氣連接管17,所述廢氣連接管17 置入到廢氣處理池18中，所述廢氣處理池18設置有廢氣尾管19;
[0028] 在所述尿素分解管5前端設置有尿素噴嘴4，后端設置有尿素噴嘴后氨采樣口 7;在 尿素噴嘴后氨采樣口 7與催化器12之間設置有前氨采樣口 10,在廢氣連接管17上設有后氨 采樣口 16。
[0029] 在所述尿素噴嘴后氨采樣口 7與前氨采樣口 10之間設有水噴嘴8。
[0030] 在尿素分解管快接頭1與尿素噴嘴4之間還設有前壓力傳感器2、尿素噴嘴前溫度 傳感器3，在尿素噴嘴4與尿素噴嘴后氨采樣口 7之間設有尿素噴嘴后溫度傳感器6，在前催 化器快接頭11與尿素噴嘴后氨采樣口 7之間設有催化器前溫度傳感器9,在廢氣連接管17上 設有催化器后溫度傳感器14、后壓力傳感器15。
[0031] 所述廢氣處理池18為密封箱體，其內部裝有廢氣處理液。
[0032]如圖2所示，各氨采樣口沿著圓周在徑向不同深度插入管中以測取管中徑向不同 位置的溫度分布情況。如圖3所示，各溫度傳感器沿著圓周在徑向不同深度插入管中以測取 管中徑向不同位置的氨氣量的分布情況。
[0033]本發明提供的一種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，詳述如下：
[0034] -、觀察氨氣的產生效率，用以確定不同工況下的最優尿素噴射濃度
[0035] 實施例1:噴射"固體尿素+7K" 「00361 1 ???-丁》下的際麥濃磨.
[0038]式中：Μνη:)(：〇為尿素濃度;"W：；>co為尿素噴射質量，g; 為水的噴射量，g。
[0039] 2)某一工況的氨氣產生效率計算公式
[0041 ]式中：口而3.為氨氣的產生效率；)中為尿素分解產生的氨氣質量，即前氨米樣口 測得的氨氣質量，g; 為尿素噴射質量，g。
[0042] 3)實施步驟為：（1)選定發動機的工況；（2)定量噴射尿素固體；（3)逐漸增加噴水 量；（4)觀察氨氣的產生效率，當產生效率到達最大時，此時的尿素濃度為當前工況最優噴 射濃度。
[0043] 實施例2:噴射不同濃度的尿素溶液
[0044] 1)某一工況的氨氣產生效率計算公式
[0046] 式中：％?3為氨氣的產生效率中為尿素分解產生的氨氣質量，g卩前氨米樣口 測得的氨氣質量，g; 為當前濃度下尿素水溶液噴射質量，g; Ανη,為當前尿素濃 度。
[0047] 2)實施步驟為：（1)選定發動機的工況；（2)定量噴射尿素水溶液；（3)逐漸增加噴 射量；（4)觀察氨氣的產生效率，當產生效率到達最大時，此時的尿素濃度為當前工況最優 噴射濃度。
[0048] 二、通過氮氧化物最優轉換效率，用以確定不同工況下的氮氧化物最優轉換效率 的尿素噴射濃度
[0049] 實施例3:噴射"固體尿素+7K"
[0050] 1)某一工況下的尿素濃度：
[0052] 式中:_%iH2)e〇:為尿素濃度;)e〇為尿素噴射質量，g; 為水的噴射量，g。
[0053] 2)某一工況的氮氧化物轉化效率計算公式
[0055] 式中：??為氮氧化物的轉換效率;^(??3)中為尿素分解產生的氨氣質量，即前氨采 樣口測得的氨氣質量，席為轉化后未參與反應的氨氣質量，即后氨采樣口測得的氨 氣質量，g。
[0056] 3)實施步驟為：（1)選定發動機的工況；（2)定量噴射尿素固體；（3)逐漸增加噴水 量；（4)觀察氮氧化物的轉化效率，當轉化效率到達最大時，此時的尿素濃度為當前工況最 優噴射濃度。
[0057]實施例4:噴射不同濃度的尿素溶液 [0058] 1)某一工況的氮氧化物轉化效率計算公式
[0060] 式中：％?為氮氧化物的轉換效率；叫中為尿素分解產生的氨氣質量，即前氨采 樣口測得的氨氣質量，g;"VHug為轉化后未參與反應的氨氣質量，即后氨采樣口測得的氨 氣質量，g。
[0061] 2)實施步驟為：（1)選定發動機的工況；（2)定量噴射尿素水溶液；（3)逐漸增加噴 射量；（4)觀察氮氧化物的轉化效率，當氮氧化物轉化效率到達最大時，此時的尿素濃度為 當前工況最優噴射濃度。
其中η?獬為尿素固體熱解產生nh3的效率;it為尿素固 體熱解產生的順3量，即尿素噴嘴后氨米樣口 7所測得的量，單位g; 為尿素噴射質量， 單位g;
,其中為尿素固體水解產生NH3的效率; wVii,奸為 尿素熱解和水解產生的總氨氣質量，即前氨采樣口 10測得的氨氣質量，單位g;m?叫f:為尿 素固體熱解產生的NH3量，即尿素噴嘴后氨采樣口 7所測得的量，單位為尿素噴射 質量，單位g。
【主權項】
1. 一種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置，其特征在于，尿素分解管(5)-端 通過尿素分解管快接頭（1)連接到發動機排氣管，所述尿素分解管(5)的另一端通過前催化 器快接頭（11)連接到催化器（12)，所述催化器（12)再通過后催化器快接頭（13)連接到廢氣 連接管（17)，所述廢氣連接管（17)置入到廢氣處理池（18)中，所述廢氣處理池（18)設置有 廢氣尾管（19); 在所述尿素分解管(5)前端設置有尿素噴嘴(4)，后端設置有尿素噴嘴后氨采樣口（7); 在尿素噴嘴后氨采樣口（7)與催化器（12)之間設置有前氨采樣口（10)，在廢氣連接管（17) 上設有后氨采樣口（16)。2. 如權利要求1所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置，其特征在于，在所 述尿素噴嘴后氨采樣口（7)與前氨采樣口（10)之間設有水噴嘴(8)。3. 如權利要求1或2所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置，其特征在于， 在尿素分解管快接頭（1)與尿素噴嘴(4)之間還設有前壓力傳感器(2)、尿素噴嘴前溫度傳 感器(3)，在尿素噴嘴(4)與尿素噴嘴后氨采樣口（7)之間設有尿素噴嘴后溫度傳感器(6)， 在前催化器快接頭（11)與尿素噴嘴后氨采樣口（7)之間設有催化器前溫度傳感器(9)，在廢 氣連接管（17)上設有催化器后溫度傳感器(14)、后壓力傳感器(15)。4. 如權利要求3所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗裝置，其特征在于，所述 廢氣處理池(18)為密封箱體，其內部裝有廢氣處理液。5. -種用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，其特征在于，包括以下步驟： 選定發動機工況； 定量噴射固體尿素且逐漸增加噴水量、或者定量噴射尿素水溶液且逐漸增加尿素水溶 液噴射量； 觀察氨氣的產生效率，當產生效率到達最大時，此時的尿素濃度為當前工況最優噴射 濃度、或者觀察氮氧化物的轉化效率，當轉化效率到達最大時，此時的尿素濃度為當前工況 最優噴射濃度。6. 如權利要求5所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，其特征在于，當采 取定量噴射固體尿素且逐漸增加噴水量的噴射方式，而且通過觀察氨氣的產生效率來判斷 最優尿素濃度時， 尿素濃H_，其中，〃為尿素噴射質量，單位 為水的噴射量，單位g; 氨氣產生效_其中，氣協13沖為尿素熱解和水解產生的總氨氣 質量，即前氨采樣□ (10)測得的氨氣質量，單位為尿素噴射質量，單位g。 7 .如權利要求5所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，其特征在于，當采 取定量噴射尿素水溶液且逐漸增加尿素水溶液噴射量的噴射方式，而且通過觀察氨氣的產 生效率來判斷最優尿素濃度時， 氨氣產生效4，其中，為尿素熱解和水解產生 的總氨氣質量，即前氨采樣口（10)測得的氨氣質量，單位為當前濃度下尿素水 溶液噴射質量，單位g ; )C〇為當前尿素濃度。8. 如權利要求5所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，其特征在于，當采 用定量噴射固體尿素且逐漸增加噴水量的噴射方式，而且通過觀察氨氣的產生效率來判斷 最優尿素濃度時， 尿素濃丨，其中，為尿素噴射質量，單位g ; 為水的噴射量，單位g; 氮氧化物轉化S其中，wVhW為尿素熱解和水解產生的總氨氣 質量，即前氨采樣口（10)測得的氨氣質量，單位g; wVh3滴為轉化后未參與反應的氨氣質量， 即后氨采樣口（16)測得的氨氣質量，單位g。9. 如權利要求5所述的用于柴油機后處理的優化尿素濃度試驗方法，其特征在于，當采 取定量噴射尿素水溶液且逐漸增加尿素水溶液噴射量的噴射方式，而且通過觀察氨氣的產 生效率來判斷最優尿素濃度時， 氮氧化物轉化效率其中，中為尿素熱解和水解產生的總氨氣 質量，即前氨米樣口（1〇)測得的氨氣質量，單位g; mWH3 為轉化后未參與反應的氨氣質量， 即后氨采樣口（16)測得的氨氣質量，單位g。
【文檔編號】G01N33/00GK106018696SQ201610455214
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】田維, 張洵, 李鑫, 劉智
【申請人】西華大學