[发明专利]一种带有功率调节辅助装置的卸载式柴油机尾气模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有功率调节辅助装置的卸载式柴油机尾气模拟系统。

背景技术

机动车保有量与日俱增，柴油机具有载重量大、比油耗低、热效率高等优势得以不断推广。而柴油机氮氧化物（NOx）排放量较高。氮氧化物可导致肺部病变，并且是形成光化学烟雾和酸雨的主要原因。随着空气污染日益加重，世界范围内排放法规日益严格。在众多应运而生的改善排放技术路线中，以尿素分解产生的氨气作为还原剂的选择性催化还原技术（SCR）不仅可以有效降低NOx排放量，而且作为后处理装置，对发动机影响极小，燃油经济性较好，对燃油和机油品质要求较低，在欧洲、日本等地区得到广泛应用，目前也是我国重型柴油机应对国IV排放法规的首要后处理技术手段。

随着各项法规的逐渐严格，SCR技术提升日益迫切。为了更好地改进和优化SCR催化器，必须对其进行性能评价。随着生产厂商、整车厂商、研究院所和高等院校等单位对于SCR性能评价的需求不断增强，需要研发能够对SCR催化器进行评价及老化等测试的试验系统。

目前大部分针对全尺寸SCR催化器的试验都是直接在发动机上进行，随着SCR研究的越来越多，直接使用柴油机进行试验研究不得不面对以下问题：

1）柴油机尾气颗粒物排放量多，会妨碍尾气成分分析装置运行和采集，甚至造成装置损坏；

2）柴油机尾气成分含量不可控；

3）柴油机本身工作方式决定了尾气流量和温度无法单独控制；

4）柴油机能量消耗大，利用30%左右的柴油机尾气热量是以浪费70%左右的能量为代价的；

5）SCR催化器性能试验的要求试验条件会造成柴油机本身很大的磨损，使得试验柴油机报废率较高；

6）柴油机的工作噪音大，影响周围的工作环境；

7）柴油机所需的维护成本较高。

基于发动机台架试验存在的问题所开发的模拟柴油机尾气SCR试验系统，可以模拟柴油机的尾气流量、温度、压力以及NOx成分，对全尺寸SCR催化器进行性能评价及老化等试验，同时整个系统大大简单化。模拟试验系统尾气流量和温度单独可调，另外通过标准气体还能有效的控制NOx等气体成分比例，有利于SCR催化器精确全面的性能评价分析以及快速老化试验，进行深入的催化反应研究，这对于SCR技术研究具有重要意义。

由于该模拟柴油机尾气SCR试验系统使用燃烧器提供的高温热源，因此为了得到一定流量下指定温度的模拟尾气，需要对燃烧器的功率进行控制。燃烧器功率范围：

其中为最小功率，为最大功率。则调节比可以表示为：

燃烧器的功率调节范围也就在某种程度上限制了模拟柴油机尾气的流量和温度的调节范围。燃烧器功率的调节比十分有限，为了获得流量和温度调节范围更大的模拟柴油机尾气，只能选用功率调节比更大的燃烧器，根据燃烧器的工作原理可以知道，这样做会大大增加系统的复杂程度和成本，并降低系统的可靠性、安全性以及控制精度。因此需要一种能够在不改变燃烧器功率调节比的前提下，用较为简单的方式扩大模拟柴油机尾气系统流量和温度调节范围的的控制方法和设备。

发明内容

本发明针对柴油机尾气模拟系统流量和温度范围所存在的问题，提出了一种带有功率调节辅助装置的卸载式柴油机尾气模拟系统。

本发明所涉及的柴油机尾气模拟系统可以在不改变燃烧器固有功率调节范围的前提下，通过增设一套基于气动调节阀的功率调节辅助装置，进而得到流量和温度调节范围更大的模拟柴油机尾气。使用该装置的柴油机尾气模拟系统，首先保证燃烧器能够满足高功率需求。当燃烧器处于最低功率运行时系统仍然无法到达设定的低温时，本装置启用，通过卸载一部分燃烧器产生的高温尾气来满足系统低流量低温度下的低功率需求。

本发明的技术方案如下：

本发明包括空气供给系统、燃烧系统、卸载高温烟气系统、混合系统、采集系统和控制系统。

空气供给系统：主要指风机，还包括相应的变频器。风机经由控制系统输出电流/电压信号，再通过变频器改变输出频率进而改变风机功率。空气供给系统提供经由流量采集系统的燃烧系统所需的助燃空气以及稀释高温烟气所用的稀释空气，并为燃烧器入口以及催化器入口提供所需的压力。

燃烧系统：主要指燃烧器，还包括燃烧器所需的各类阀体及执行机构。燃烧器经由控制系统输出电流/电压信号改变燃气电磁阀开度进而控制燃气流量，并在相应的经过稳流阀的助燃空气流量下，改变燃烧器功率。燃烧系统调节模拟尾气温度，并提供模拟尾气烟气成分。