本发明专利技术公开了基于尾气模拟的柴油机全尺寸SCR催化器性能测试平台。现有基于柴油机台架的全尺寸SCR催化器性能测试方式成本高、过程复杂、重复性差和周期长。本发明专利技术的空气供给系统提供所需试验空速的尾气流量，燃烧加热系统控制尾气温度，混合加注系统完成关键尾气成分的标准气注入和尾气充分混合，尿素喷射系统用于模拟实际SCR系统还原剂添加过程，信号采集与控制系统负责对整个试验平台的监控及分析不同试验工况下全尺寸SCR催化器的性能。本发明专利技术可代替柴油机性能试验台架，通过模拟柴油机尾气流量、尾气温度和关键尾气成分，对柴油机后处理用全尺寸SCR催化器的温度特性、氨氮比特性、空速特性以及压降特性等性能进行全面测试分析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于尾气模拟的柴油机全尺寸SCR催化器性能测试平台，可代替传统柴油机性能试验台架，通过模拟柴油机尾气流量、尾气温度和关键尾气成分，对柴油机后处理用全尺寸SCR催化器的温度特性、氨氮比特性、空速特性以及压降特性等性能进行全面测试。
技术介绍
随着世界范围排放法规的日趋严格化，机内净化结合高效尾气后处理控制车用柴油机尾气排放已成为共识。基于尿素的选择性催化还原SCR降NOx后处理技术因其更好的燃油经济性、更高的NOx转化效率，已成为新型车用柴油机排放达标的首先技术路线。尿素SCR系统中，全尺寸SCR催化器是关键部件之一，在尿素还原剂添加和选择性还原NOx过程中起着重要催化作用，也是整个尿素SCR过程的催化反应载体。SCR催化器的催化性能直接影响柴油机整机排放水平。目前整车和零部件厂商对柴油机全尺寸SCR催化器的性能测试均是直接基于柴油机性能试验台架进行的，虽然这样的测试方式最接近SCR催化器的实际使用环境，但也存在如下问题：(1)柴油机尾气能量仅占燃油输入总量的30％左右，直接采用柴油机尾气进行SCR催化器性能测试能耗大；(2)柴油机尾气流量、尾气温度及排放物成分高度耦合，且调整范围受限于整机工况，无法对SCR催化器的性能进行全面评估；(3)柴油机尾气状态受多种整机运行和调整参数影响，SCR催化器性能测试过程重复性差；(4)柴油机试验过程中有起动、暖机、怠速等特殊工况要求，试验工况点加载和等待尾气状态稳定过程中也需要一定的时间，整个测试周期比较长。因此，设计和开发一种面向柴油机全尺寸SCR催化器的低运行成本、高测试效率、测试状态灵活、测试过程重复性好的SCR性能测试平台具有重要的理论和现实意义。
技术实现思路
本专利技术针对目前基于柴油机试验台架开展全尺寸SCR催化器性能测试时存在的运行能耗大、测试工况调整复杂、测试过程重复性差、测试周期比较长等问题，提出了一种基于尾气模拟的柴油机全尺寸SCR催化器性能测试平台，可代替传统柴油机性能试验台架，通过模拟柴油机尾气流量、尾气温度和关键尾气成分，对柴油机后处理用全尺寸SCR催化器的温度特性、氨氮比特性、空速特性以及压降特性等性能进行全面测试。本专利技术包括空气供给系统、燃烧加热系统、混合加注系统、尿素喷射系统以及信号采集与控制系统。空气供给系统提供所需试验空速的尾气流量，燃烧加热系统控制尾气温度，混合加注系统完成关键尾气成分的标准气注入和尾气充分混合，尿素喷射系统用于模拟实际SCR系统还原剂添加过程，信号采集与控制系统负责对整个试验平台的监控，并分析不同试验工况下全尺寸SCR催化器的性能。所述的空气供给系统包括空滤器、高压主风机、变频器、第一温度传感器、第一压力传感器、文丘里流量计及配套压差传感器、流量积算仪和尾气流量控制仪表。空滤器的输出口与高压主风机的气流输入口连通；高压主风机的气流输出口与燃气燃烧器燃气气源入口及混合筒入口管道连通；高压主风机受变频器控制；变频器接收尾气流量控制仪表的4-20mA控制信号；当前实际尾气流量由根据文丘里流量计及配套压差传感器测量得到的混合筒出口管道流动压差信号，经流量积算仪内部开方和基于混合筒出口管道处第一温度传感器与第一压力传感器的温度及压力补偿，再根据标况下的温度及压力换算后获得，并作为尾气流量控制仪表的反馈信号；尾气流量控制仪表根据目标尾气流量与当前实际尾气流量差值经PID算法，输出4-20mA控制信号给变频器。所述燃烧加热系统包括燃气气源、燃气燃烧器、背压压差传感器、比例阀、助燃风控制仪表、第二温度传感器和尾气温度控制仪表。燃气燃烧器内注入燃气气源，并给混合筒提供热源，燃气燃烧器的助燃风入口和混合筒出口之间安装有背压压差传感器，背压压差传感器的压差信号作为助燃风控制仪表的反馈信号；助燃风控制仪表根据当前压差反馈信号输出4-20mA控制信号调整燃气燃烧器助燃空气管路中比例阀开度。当前实际尾气温度由第二温度传感器测量，并作为尾气温度控制仪表的反馈信号；尾气温度控制仪表根据目标温度与当前实际温度差值经PID算法，输出4-20mA控制信号给燃气燃烧器，调整燃气燃烧器功率。所述混合加注系统包括混合筒、氮氧化物加注气源、还原气体加注气源、氮氧化物质量流量控制器、还原气体质量流量控制器、还原气体加注控制仪表和氮氧化物加注控制仪表；氮氧化物加注气源经减压阀、截止阀及氮氧化物质量流量控制器后注入混合筒入口管道中；混合筒将燃气燃烧器产生的废气、高压主风机的空气以及氮氧化物加注气源进行混合；还原气体加注气源经减压阀、截止阀及还原气体质量流量控制器后注入混合筒出口管道中；氮氧化物质量流量控制器的流量由氮氧化物加注控制仪表的0-5V输出控制，还原气体质量流量控制器的流量由还原气体加注控制仪表的0-5V输出控制；所述尿素喷射系统包括尿素箱、空压机、尿素计量泵和气助尿素喷嘴。所述的尿素计量泵接收上位机尿素喷射量控制指令，将尿素箱中的尿素水溶液通过气助尿素喷嘴喷入混合筒出口管道中；尿素计量泵的压缩空气源由空压机提供。所述的信号采集与控制系统包括上位机、入口压力显示仪表、第二压力传感器、出口压力显示仪表、第三压力传感器、出口温度显示仪表、第三温度传感器、第一NOx传感器和第二NOx传感器。第一NOx传感器和第二NOx传感器分别安装在全尺寸SCR催化器入、出口；第一NOx传感器和第二NOx传感器与尿素计量泵进行CAN并网后与上位机相连；第二压力传感器和第三压力传感器分别安装在全尺寸SCR催化器入、出口；第二压力传感器通过入口压力显示仪表显示压力，第三压力传感器通过出口压力显示仪表显示压力。全尺寸SCR催化器出口温度由第三温度传感器检测，第三温度传感器由出口温度显示仪表显示温度。上位机配有隔离型RS232转RS485模块，通过RS485总线读写、控制和显示各仪表。上位机通过读写尾气流量控制仪表监控模拟尾气流量，通过读写助燃风控制仪表监控燃气燃烧器前后压差，通过读写尾气温度控制仪表监控尾气温度，通过读写氮氧化物加注控制仪表监控氮氧化物加注气源加注量，通过读写还原气体加注控制仪表监控还原气体加注气源加注量，通过读取入口压力显示仪表和出口压力显示仪表获得全尺寸SCR催化器的入、出口压力，通过读取尾气温度控制仪表和出口温度显示仪表获得全尺寸SCR催化器的入、出口温度。上位机配有USB转CAN模块，通过CAN总线读写尿素计量泵、第一和第二NOx传感器。上位机通过尿素计量泵监控尿素喷射量，通过入口处第一NOx传感器检测全尺寸SCR催化器入口NOx浓度，通过出口处第二NOx传感器检测全尺寸SCR催化器出口NOx浓度。上位机根据全尺寸SCR催化器的入、出口NOx浓度，获得NOx转化效率，根据全尺寸SCR催化器的入、出口压力，获得流动压降。所述流量积算仪的型号为XSR22FC；尾气流量控制仪表、助燃风控制仪表、尾气温度控制仪表、氮氧化物加注控制仪表、还原气体加注控制仪表、入口压力显示仪表、出口压力显示仪表、出口温度显示仪表均采用厦门宇电自动化科技有限公司的AI-716智能型温控器。所述尾气流量控制仪表中的目标尾气流量通过自身仪表面板修改或者由上位机通过RS485总线修改；尾气温度控制仪表中的目标尾气温度通过自身仪表面板修改或者由上位机通过RS485总线修改本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于尾气模拟的柴油机全尺寸SCR催化器性能测试平台，包括空气供给系统、燃烧加热系统、混合加注系统、尿素喷射系统以及信号采集与控制系统，其特征在于：所述的空气供给系统包括空滤器、高压主风机、变频器、第一温度传感器、第一压力传感器、文丘里流量计及配套压差传感器、流量积算仪和尾气流量控制仪表；空滤器的输出口与高压主风机的气流输入口连通；高压主风机的气流输出口与燃气燃烧器燃气气源入口及混合筒入口管道连通；高压主风机受变频器控制；变频器接收尾气流量控制仪表的4‑20mA控制信号；当前实际尾气流量由根据文丘里流量计及配套压差传感器测量得到的混合筒出口管道流动压差信号，经流量积算仪内部开方和基于混合筒出口管道处第一温度传感器与第一压力传感器的温度及压力补偿，再根据标况下的温度及压力换算后获得，并作为尾气流量控制仪表的反馈信号；尾气流量控制仪表根据目标尾气流量与当前实际尾气流量差值经PID算法，输出4‑20mA控制信号给变频器；所述燃烧加热系统包括燃气气源、燃气燃烧器、背压压差传感器、比例阀、助燃风控制仪表、第二温度传感器和尾气温度控制仪表；燃气燃烧器内注入燃气气源，并给混合筒提供热源，燃气燃烧器的助燃风入口和混合筒出口之间安装有背压压差传感器，背压压差传感器的压差信号作为助燃风控制仪表的反馈信号；助燃风控制仪表根据当前压差反馈信号输出4‑20mA控制信号调整燃气燃烧器助燃空气管路中比例阀开度；当前实际尾气温度由第二温度传感器测量，并作为尾气温度控制仪表的反馈信号；尾气温度控制仪表根据目标温度与当前实际温度差值经PID算法，输出4‑20mA控制信号给燃气燃烧器，调整燃气燃烧器功率；所述混合加注系统包括混合筒、氮氧化物加注气源、还原气体加注气源、氮氧化物质量流量控制器、还原气体质量流量控制器、还原气体加注控制仪表和氮氧化物加注控制仪表；氮氧化物加注气源经减压阀、截止阀及氮氧化物质量流量控制器后注入混合筒入口管道中；混合筒将燃气燃烧器产生的废气、高压主风机的空气以及氮氧化物加注气源进行混合；还原气体加注气源经减压阀、截止阀及还原气体质量流量控制器后注入混合筒出口管道中；氮氧化物质量流量控制器的流量由氮氧化物加注控制仪表的0‑5V输出控制，还原气体质量流量控制器的流量由还原气体加注控制仪表的0‑5V输出控制；所述尿素喷射系统包括尿素箱、空压机、尿素计量泵和气助尿素喷嘴；所述的尿素计量泵接收上位机尿素喷射量控制指令，将尿素箱中的尿素水溶液通过气助尿素喷嘴喷入混合筒出口管道中；尿素计量泵的压缩空气源由空压机提供；所述的信号采集与控制系统包括上位机、入口压力显示仪表、第二压力传感器、出口压力显示仪表、第三压力传感器、出口温度显示仪表、第三温度传感器、第一NOx传感器和第二NOx传感器；第一NOx传感器和第二NOx传感器分别安装在全尺寸SCR催化器入、出口；第一NOx传感器和第二NOx传感器与尿素计量泵进行CAN并网后与上位机相连；第二压力传感器和第三压力传感器分别安装在全尺寸SCR催化器入、出口；第二压力传感器通过入口压力显示仪表显示压力，第三压力传感器通过出口压力显示仪表显示压力；全尺寸SCR催化器出口温度由第三温度传感器检测，第三温度传感器由出口温度显示仪表显示温度；上位机配有隔离型RS232转RS485模块，通过RS485总线读写、控制和显示各仪表；上位机通过读写尾气流量控制仪表监控模拟尾气流量，通过读写助燃风控制仪表监控燃气燃烧器前后压差，通过读写尾气温度控制仪表监控尾气温度，通过读写氮氧化物加注控制仪表监控氮氧化物加注气源加注量，通过读写还原气体加注控制仪表监控还原气体加注气源加注量，通过读取入口压力显示仪表和出口压力显示仪表获得全尺寸SCR催化器的入、出口压力，通过读取尾气温度控制仪表和出口温度显示仪表获得全尺寸SCR催化器的入、出口温度；上位机配有USB转CAN模块，通过CAN总线读写尿素计量泵、第一和第二NOx传感器；上位机通过尿素计量泵监控尿素喷射量，通过入口处第一NOx传感器检测全尺寸SCR催化器入口NOx浓度，通过出口处第二NOx传感器检测全尺寸SCR催化器出口NOx浓度；上位机根据全尺寸SCR催化器的入、出口NOx浓度，获得NOx转化效率，根据全尺寸SCR催化器的入、出口压力，获得流动压降。...
【技术特征摘要】
1.基于尾气模拟的柴油机全尺寸SCR催化器性能测试平台，包括空气供给系统、燃烧加热系统、混合加注系统、尿素喷射系统以及信号采集与控制系统，其特征在于：所述的空气供给系统包括空滤器、高压主风机、变频器、第一温度传感器、第一压力传感器、文丘里流量计及配套压差传感器、流量积算仪和尾气流量控制仪表；空滤器的输出口与高压主风机的气流输入口连通；高压主风机的气流输出口与燃气燃烧器燃气气源入口及混合筒入口管道连通；高压主风机受变频器控制；变频器接收尾气流量控制仪表的4-20mA控制信号；当前实际尾气流量由根据文丘里流量计及配套压差传感器测量得到的混合筒出口管道流动压差信号，经流量积算仪内部开方和基于混合筒出口管道处第一温度传感器与第一压力传感器的温度及压力补偿，再根据标况下的温度及压力换算后获得，并作为尾气流量控制仪表的反馈信号；尾气流量控制仪表根据目标尾气流量与当前实际尾气流量差值经PID算法，输出4-20mA控制信号给变频器；所述燃烧加热系统包括燃气气源、燃气燃烧器、背压压差传感器、比例阀、助燃风控制仪表、第二温度传感器和尾气温度控制仪表；燃气燃烧器内注入燃气气源，并给混合筒提供热源，燃气燃烧器的助燃风入口和混合筒出口之间安装有背压压差传感器，背压压差传感器的压差信号作为助燃风控制仪表的反馈信号；助燃风控制仪表根据当前压差反馈信号输出4-20mA控制信号调整燃气燃烧器助燃空气管路中比例阀开度；当前实际尾气温度由第二温度传感器测量，并作为尾气温度控制仪表的反馈信号；尾气温度控制仪表根据目标温度与当前实际温度差值经PID算法，输出4-20mA控制信号给燃气燃烧器，调整燃气燃烧器功率；所述混合加注系统包括混合筒、氮氧化物加注气源、还原气体加注气源、氮氧化物质量流量控制器、还原气体质量流量控制器、还原气体加注控制仪表和氮氧化物加注控制仪表；氮氧化物加注气源经减压阀、截止阀及氮氧化物质量流量控制器后注入混合筒入口管道中；混合筒将燃气燃烧器产生的废气、高压主风机的空气以及氮氧化物加注气源进行混合；还原气体加注气源经减压阀、截止阀及还原气体质量流量控制器后注入混合筒出口管道中；氮氧化物质量流量控制器的流量由氮氧化物加注控制仪表的0-5V输出控制，还原气体质量流量控制器的流量由还原气体加注控制仪表的0-5V输出控制；所述尿素喷射系统包括尿素箱、空压机、尿素计量泵和气助尿素喷嘴；所述的尿素计量泵接收上位机尿素喷射量控制指令，将尿素箱中的尿素水溶液通过气助尿素喷嘴喷入混合筒出口管道中；尿素计量泵的压缩空气源由空压机提供；所述的信号采集与控制系统包括上位机、入口压力显示仪表、第二压力传感器、出口压力显示仪表、第三压力传感器、出口温度显示仪表、第三温度传感器、第一NOx传感器和第二NOx传感器；第一NOx传感器和第二NOx传感器分别安装在全尺寸SCR催化器入、出口；第一NOx传感器和第二NOx传感器与尿素计量泵进行CAN...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚栋伟，吴锋，魏铼，李杏文，张本西，刘彪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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