固体SCR的作用机理和匹配理论研究

Because of low exhaust temperature, which is due to full of heavy traffic and low average speed of vehicle, SCR-urea system can not work normally. It induces real NOx emission of municipal vehicles, such as heavy-duty diesel buses, which have already passed emission certification and adopted SCR-urea technique, keeps higher than expectant emission. It also induces urea solution of SCR-urea system crystallized in exhaust pipe and frozen at low temperature. In order to resolve those problems, the basic application studies of SCR-solid system installed on diesel engine for automobile need to be proceeded. The studies will focus on ammonia-storing character of different solid ammonia-storing material in low temperature, and release character of ammonia after heating. On the basis of those studies, further research will focus on the influence between related controls parameter of thermal management system and the process of ammonia-storing and release ammonia of SCR-solid, matching between SCR-solid system and diesel engine of automobile, and control strategy of SCR- solid system applied of diesel engine of automobile. The purpose of the whole research is to meet emission regulation, and to reduce NOx emission of commercial diesel vehicles, especially urban vehicles in the course of driving on urban road.

为解决由于道路交通不畅，城市车辆的平均车速和负载相对较低，排气温度低，尿素SCR系统无法正常工作，所导致实际通过排放认证的、采用尿素SCR技术路线的重型柴油公交等市政车辆在实际运行中NOx排放高于预期的现状，以及尿素SCR系统存在的尿素在排气管路中结晶、尿素水溶液在低温下结冰等缺陷，进行固体SCR系统在车用柴油机上应用的相关基础理论研究。研究不同固体储氨络合物在常温下的储氨特性、输运和加热后氨的释放特性。在此基础上，研究固体SCR热管理系统相关控制参数对固体SCR储氨和氨释放机理和释放过程的影响，进行固体SCR系统与车用柴油机的匹配研究，进行固体SCR系统在车用柴油机上应用的控制策略研究，以满足排放法规的需求，有效降低重型柴油车，特别是城市柴油车辆在城市道路行驶过程中的ＮＯx排放。

由于尿素SCR技术在实际应用过程中存在结冰、温结晶及低温活性不足等缺陷，导致应用尿素SCR技术的柴油机在城市工况较低的排温下，实际NOx排放高于预期，严重影响了尿素SCR技术在城市柴油车辆上的应用。.项目针对尿素SCR技术存在的缺陷，开展了固体SCR作用机理及应用研究，主要研究了柴油机SCR系统沉积物的成分及沉积物形成原因；固体SCR系统与尿素SCR系统在不同温度、不同空速下的NOx转化效率及稳态排放特性；固体SCR系统应用NOx闭环及瞬态修正喷射策略时，柴油机的NOx瞬态排放特性及氨泄漏特性；对比研究固体SCR系统与尿素SCR系统的实际NOx排放特性。.研究结果表明，尿素SCR系统排气管路中沉积物生成的主要原因是低排温下未分解的尿素和尿素在解过程中产生的副产物，沉积物的主要成分是尿素、缩二脲和三聚氰酸。.低排温下以相同氨氮比喷射时，应用钒基催化剂的固体SCR系统NOx平均转化效率较尿素SCR系统提高5%左右。当装用铜铁分子筛催化剂时，在催化剂装排比为1.67时，应用固体SCR技术催化剂的起燃温度可降至170℃以下。.固体SCR系统应用NOx闭环喷射策略时，铜基分子筛催化剂比钒基催化剂获得了更低的NOx排放。应用钒基催化剂时，相比NOx闭环喷射策略，基于瞬态修正的喷射策略能更好地控制柴油机的NOx排放和平均氨泄漏值。柴油机应用固体SCR技术其NOx排放和氨泄漏值能满足国V排放法规要求。.实际道路车载排放测试中，由于实际道路行驶过程中车辆频繁处于怠速和加减速状态，车辆平均运行速度低，导致SCR催化剂平均温度较低。固体SCR系统与尿素SCR系统应用钒基催化剂采用相同喷射策略、起喷温度均为200℃时，固体SCR系统的功基窗口法NOx平均排放比尿素SCR系统降低20.9%；固体SCR系统起喷温度为160时，其功基窗口法NOx平均排放比起喷温度为200℃的尿素SCR系统NOx排放降低32.4%。应用分子筛催化剂时，由于分子筛催化剂储氨量大，尿素SCR系统和固体SCR系统的NOx排放高于应用钒基催化剂的NOx排放，可见装用分子筛催化剂为获得更低的NOx排放，应对喷射策略进行调整以提高还原剂喷射量。