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随着大气污染的日益严重,柴油机的排放越来越成为人们关心的问题。氮氧化物(NOx)是柴油机主要的排放污染物之一,随着排放法规的日益严格,NOx机外后处理净化技术越来越受到重视。以废气再循环技术为代表的机内净化技术,以选择性催化还原(SCR)技术为代表的机外净化技术,两种技术已经成为当前降低NOX排放的主要技术路线,在中国国内由于清洁柴油机缺乏、发动机耐久性差,系统维护成本及后处理费用较高,来自国外市场的竞争压力,无论单一采用EGR或SCR技术,即使能够达到排放要求,由于技术及成本问题的存在,较难应用。在现有技术水平,EGR与SCR联合成为符合中国当前及未来相当一段时间范围内排放控制需求新的研究方向,本文通过试验及模拟仿真方法,研究得到EGR开度及氨氮比NSR对NO转化率的影响规律,并绘制出不同工况下的影响规律三维图,为进一步综合考虑发动机动力性、经济性及排放性能,SCR与EGR联合控制奠定理论基础。 本文基于MCC燃烧模型建立某重型柴油机整机及EGR仿真模型;通过SCR反应动力学分析,建立SCR反应动力学方程,通过粒子群算法及部分试验数据完成动力学方程中参数辨识,建立SCR反应动力学模型;利用完成的SCR反应动力学参数及EGR仿真结果,在AVL BOOST平台建立SCR与EGR联合工作仿真模型,研究了EGR与 SCR系统关键参数对NO转化率的影响规律,最后针对柴油机联合使用EGR和SCR,确定了EGR阀门开度和氨氮比对NO转化率影响规律。 主要研究内容如下: (1)建立了整机及EGR仿真模型。通过对EGR基本原理及MCC燃烧模型研究,建立了使用EGR系统的柴油机仿真模型,通过部分台架试验数据对仿真模型进行标定及修正,通过模拟研究了EGR开度对该发动机动力性、经济性及NOX排放性能的影响规律,并得到了EGR工作时尾气排放特性。 (2)建立SCR反应动力学模型。通过对SCR反应机理的深入研究,选取主要的SCR催化反应模型。通过发动机台架试验,获取了柴油机 NOx排放数据和SCR的反应特性,利用试验数据及粒子群算法对上述模型参数进行了辨识。 (3)对SCR与EGR联合降低氮氧化物进行仿真分析。将辨识后的SCR反应动力学参数及EGR仿真结果,输入AVL BOOST平台建立的仿真模型,研究了EGR与SCR系统关键参数EGR阀开度以及氨氮比对NO转化率的影响规律,在低负荷工况下使用SCR对NOX降低贡献度较低,全负荷下使用EGR开度对NOX降低贡献度较低,其他各负荷工况点EGR与SCR联合使用对NOX降低效果较好。进一步绘制出柴油机定转速,不同负荷时EGR联合SCR对柴油机NO排放转化率影响的三维图,为建立SCR与EGR联合匹配所需EGR开度及NSR控制MAP图奠定基础。