[发明专利]一种柴油机排气后处理系统结构设计方法

说明书

本发明涉及一种柴油机排气后处理系统结构设计方法，包括以下步骤：基于柴油机台架万有试验，构建原排数据库；获取初始设计方案集；建立柴油机后处理系统一维计算模型，基于所述原排数据库和初始设计方案集进行计算，获得满足约束条件的最优设计方案。与现有技术相比，本发明不需要进行过多的柴油机后处理系统开模过程，基于该方法获得的最优后处理系统设计方案，可直接进行试验验证，节省大量成本，并缩短排气后处理系统开发周期。

技术领域

本发明属于柴油机尾气排放后处理技术领域，尤其是涉及一种柴油机排气后处理系统结构设计方法。

背景技术

柴油机以其良好的经济性和动力性，广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域。但其固有的燃烧会导致其尾气排放问题较为严重，对人体和环境造成较为严重影响。其中最主要的排放物就是氮氧化物(NOx)和颗粒物(Particulate Matter,PM)。随着柴油机排放法规的日益严格，PM的质量限值日益加严，颗粒物数量(Particle Number,PN)也在最新的欧VI排放法规得到限制。机内净化技术已经不能使柴油机满足最新排放法规的限值要求，排放后处理催化器，包括柴油机氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)和选择性催化还原装置(Selective Catalytic Reduction,SCR)，已经成为柴油机的必需配置。满足日益严格的排放法规如欧6排放法规，仅靠单个尾气后处理技术已无法满足要求，需要采取不同后处理技术的集成组合，在柴油机排气后处理系统中同时加装DOC、DPF以及SCR。因此，柴油机排气后处理催化器的结构设计优化以及它们和柴油机的匹配问题，已经成为近来研究的热点。通常，上述的催化器结构设计优化和匹配过程，需要进行大量的台架试验，最终获得满足不同工况排放条件下的最优的后处理系统结构设计方案，这需要花费大量时间，付出大量成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柴油机排气后处理系统结构设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柴油机排气后处理系统结构设计方法，包括以下步骤：

基于柴油机台架万有试验，构建原排数据库；

获取初始设计方案集；

建立柴油机后处理系统一维计算模型，基于所述原排数据库和初始设计方案集进行计算，获得满足约束条件的最优设计方案。

进一步地，所述原排数据库存储的数据包括气态排放物MAP、PM排放MAP、后处理系统压差MAP和温度MAP。

进一步地，所述柴油机台架万有试验中，以柴油机最高转速n_max和最低转速n_min作为转速上下限，外特性点的转矩和怠速点转矩作为转矩的上下限。

进一步地，所述初始设计方案集通过设置不同的DOC、DPF、SCR的长度和直径以及载体的壁厚和孔密度而获得。

进一步地，基于所述柴油机后处理系统一维计算模型进行的计算包括稳态计算和瞬态工况计算。

进一步地，所述约束条件包括转化效率/净化效率条件、催化器前后压降条件和催化器内部温度条件。

转化效率条件包括HC和CO在DOC中的净化效率大于95％、NO在DOC中转化效率大于50％；净化效率条件包括NOx在SCR中的净化效率＞85％；催化器前后压降条件包括各催化器压降之和＜20KPa。

进一步地，该方法还包括：

建立柴油机后处理系统三维计算模型，在试验柴油机常用工况区域对所述最优设计方案进行验证。