SCR计量泵方案及结构设计毕业设计论文.docx
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SCR计量泵方案及结构设计毕业设计论文
SCR计量泵方案及结构设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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日期：
年月日
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
汽车的节能环保作为一个世界性的课题在全球范围内为人们所重视。
为了减少汽车有害气体排放对生态环境的危害，世界各国都相继采用了更加严格的排放法规，如欧盟在2005年实施欧Ⅳ，并在2008年实行欧V排放法规。
欧V法规的NOx排放限值比欧Ⅲ降低60％，PM的排放限值相应下降80％；美国在2007年实施EPA2007，PM排放值为0．019／bhp—hr，NOx排放值为0．209a,hp—hr。
我国重型柴油车排放标准国皿Ⅳ／V已于2006年发布，技术内容等效欧洲相应技术法规（欧IⅡ／Ⅳ／V），实施时间分别为2008年、2010年和2012年，北京在2008年开始执行国Ⅳ，国Ⅳ技术已经逐步进入我国社会。
柴油发动机作为卡车、客车以及非道路用车如拖拉机、农用车以及工程机械等的主要动力输出，有着广泛的应用群体，如何降低柴油发动机的排放，以应对法规，需要我们长时间付出不懈的努力。
从表1-1中可以看出，有害气体的排放限值有了很明显的下降。
其中最少的下降了81％（HC），最高的达到了（PM）94％（见表1-1）[21。
可见随着排放法规的不断严格，有害气体的排放有了明显减少，生态环境得到了保护。
但作为传统动力代表的柴油机，为满足日益苛刻的排放法规，仅凭机内净化而没有后处理技术的参与已经变得越来越困难。
究其缘由，柴油机尾气的两大污染物NOx与PM的形成与含量存在着相互制约（tradeoff）的关系。
努力减少其一，必然导致另一污染物增加，即通过机内措施同时减少或消除NOx和PM的排放是极其困难的。
为了满足未来新的排放法规的要求，如何协调柴油机油耗和排放，特别是欧Ⅳ排放的基准上进一步降低NOx排放，相关领域的技术专家从燃油品质、柴油机机内净化技术、机外净化技术（尾气后处理技术）等三个方面寻求策略。
提升柴油品质包括降低柴油中的硫含量、控制柴油的十六烷值、添加剂的使用；机内净化技术包括电控高压燃油喷射技术、进气涡轮增压技术、进气中冷技术、废气再循环（EGR）、均质混合压燃技术（HCCI）等。
但在欧Ⅳ／V排放法规面前，仅仅依靠这些是远远不够的，必须在此基础上综合使用排气后处理技术来控制NOx和颗粒物。
国际上，为满足更严格的排放标准，如欧IV／V或者US2007标准，基本卜都是通过进一步改进欧Ⅲ发动机机内燃烧技术，加上SCR或EGR+DPF（废气循环+颗粒捕集器）等后处理系统来实现的。
在我国，由于技术和社会原因，一直在寻求其他替代技术路线，试图走出一条既经济又可行的方案。
主要有以下三方面的考虑，
1、技术压力。
对于国Ⅲ发动机以及后续国Ⅳ、国v升级．我们并未完全掌握自主核心技术，为了满足新的法规要求，仍需寻求国外技术支持；对于排气后处理装置，同样面临这个技术压力的问题。
2、成本压力。
发动机成本压力，主要来自高压电控供油系统．如高压戴轨系统约占发动机成本三分之一：
后处理装置的成本压力，估计也占产品的三分之一
3、社会压力。
采用排气后处理技术将带来社会基础设旖压力，如SCR系统使用的筝用尿素AdBlue的存储和供给；EGR+DPF这种先进排放技术要求的高质量低硫柴油等等。
这些成本初期可能由石化企业承担，最终会转嫁到社会。
当然还有其他熏要问题，如各地燃料质量差异；EGR+DPF或SCR使用过程中的作弊问题，如实际使用中EGR率低于型式认证值；SCR系统中尿素使用量变少或不使用等等，导致氮氧化物排放大幅增加。
国际上，考虑到技术成熟性和稳定性及技术升级方便性，一般都采用大家都认可的主流技术。
欧美等发达国家一车辆排放控制要求严格而且处罚严厉，所以追求一种既满足社会需要，又在未来发展上可节省成本的技术发展方向。
从排放法规不断升级的长期观点考虑，国外选定一个可以不断技术升级的基础平台的做法很值得我们借鉴。
NOx的NH3．SCR技术始于20世纪70年代，国外已广泛应用于固定源烟气脱硝[61，SCR是Selective（选择性）、Catalytic（催化）、Reduction（还原）的英文缩写。
它的原理是利用V205fri02催化剂，在氧气大大过量的条件下让NH3选择性地还原NOx到N2。
使用了以Ti02为基础的催化剂保证了催化转化器对S02有很强的耐受性。
目前，Nit3．SCR被视为最有希望实际应用于重型柴油机尾气NOx净化的技术之一。
考虑到氨的强刺激性与毒性为公众难以接受，氨的碱性对设备有较强的腐蚀性，研究者们倾向于以尿素（32．5％的尿素水溶液Urea．SCR）代替氨选择性催化还原柴油机尾气中的氮氧化物（NH3．SCR）。
为了提高Urea—SCR体系净化NOx的效率，减少氨的泄漏，MAN公司提出了基于Urea．SCR体系的VHRO系统。
“V"为前置的氧化催化剂，该催化剂的作用是将排气中的部分NO氧化为N02以提高SCR催化剂的低温活性；“H"为尿素水解催化剂，其作用在于加速尿素水解，从而有利于随后的NOx选择性还原；“R”为SCR催化剂，在该催化剂床层中，排气中的NOx与尿素水解形成的氨发生选择性还原生成N2和H2O。
氨为选择性氧化催化剂，可将排气中氨转化为N2以减少氨的泄漏。
目前，Urea．SCR体系已成为满足欧V与US2007的重型柴油车NOx净化首选技术。
在2000年，美国主要的柴油机制造商就宣布其满US2007排放法规的技术路线将在SCR或EGR+DPF两个技术方案间做选择。
截至目前．美国市场主要采用EGR+DPF技术来满足US2007排放法规。
不过，虽近荑国EPA发布了认证SCR技术的轻型和重型柴油车申请排放证书程序（EPA-HQ．OAR．2006-
0886-0002），这表明美国市场也开始使用SCR技术。
在2003年7月，制造商们就已经选择SCR技术来进一步减少NOx排放以满足排放法规的要求。
目前，在欧洲已经得到示范应用。
为促进该项技术在欧洲的推广．出台了AdBlue计划，美国能源公司巨头埃隶、法国道达尔菲纳．埃尔夫公司以及英国BP石油等石油公司，戴．克、福特、菲亚特、大众、德国曼汽车集团、康明斯、沃尔沃、依维柯、雷诺_Ⅵ、Scare、奥迪、道依茨等汽车与发动机制造商，还有众多的催化剂公司与尿素生产商均参与其中。
德国OMV冶炼厂正在巴伐利亚的一家加油站设立尿素零售店：
lO辆奔驰商用车各进行了14—29万公里的测试；Shell公司也于2003年开始了该公司的第一家“AdBule”尿素设施；德国最大的能源零售公司A脚正计划在自己的研究基地进行Urea-SCR技术气候适应性测试。
此外，戴姆勒一柯莱斯勒公司联合奥迪、大众公司共同在美国确立柴油机净化技术品牌Bluctec，该净化技术包括氧化催化剂、DPF（柴油颗粒过滤器）、NOx（氢氧化物）吸附还原催化剂、屎素SCR（选择性_i生；原催化剂）等（如圈l一2所示）。
目前欧洲的趋势是长途载重车通常选用SCR技术，而短途运输或者城市公交车则选择EGR+DPF技术。
一宦以柬，美国的燃油价格要比欧洲的燃油价格低，而尿素价格则相对较高；另个原因是尿素的供应问题一直找不到卟合理的解决方案；同时，US2007标准对新车提出了150000KM无维修的要求，这些冈素都阻止了SCR技术在美国的应用，因为大约每5000kin就要添加一次尿素。
园此如果要采用SCR技术，还需要向美国EPA申请特别许州。
欧洲的选择丰要是基于成本因素。
欧洲的燃油价格很高，SCR技术具有的较好燃油经济性使该技术成为首选。
当然，在有些地方仍然需要采用EGR+DPF技术，因为这些地方法规仍然限制没有加装颗粒过滤器的车辆进入市区。
国内主要在北京大约有4500辆采用SCR技术的公交柴油车在运行，由公交公司负责尿素供给。
上海为迎接世博会也即将使用采用SCR技术的公交车，广州等其他城市也在试验这种车辆。
中国汽车技术研究中心开发的车载排放测试系统检测结果初步显示：
（1）NOx排放约2．59／km；PM约70mg／krn。
同比NOx排放约下降75％，颗粒物约下降50％。
（2）AdBlue消耗量：
平均2．4I．．／100km。
春秋季节尿素消耗量在2．1—2．8L／100km，夏季消耗量在2．5一L／100km。
而EGR+DPF由于成本、油品以及升级潜力等问题，目前在国内尚无应用实例。
如果尿素供应问题能够解决，SCR无论从技术开发可行性方面还是从燃油经济性方面都应当作为首选技术路线。
国内的各大发动机生产厂商对于应对即将到来的国Ⅳ、国V排放标准的方案也基本达成了共识，近几年加大了对SCR项目的研发力度。
2006年玉柴机器自主研发推出了采用SCR技术满足国Ⅳ排放法规的柴油机，2008年又推出了基于SCR的国V公交车柴油机。
此外国内许多柴油机厂也纷纷与BOSCH、Hilite等国际公司合作开发基于SCR技术满足国Ⅳ排放的发动机。
二汽集团、武汉添蓝、张家口百通、无锡威孚立达、无锡凯龙等也都在SCR的关键零部件及控制器等领域进行了较为深入的研究。
但到目前为止，国内对于该领域的研究还处于起步阶段，许多核心部件都还依赖进口，国产化任重道远。
SCR技术的高门槛
目前，SCR各组件的核心技术都掌握在国外的跨国公司手中，比如，催化平台、催化剂、计量泵等。
国内厂家根本无技术力量及大量资金去这攻克这些技术难点，仅仅起到一个组装的作用，而组装的产品还没有通过国内各主机厂的标定及上公告，而博世已上了国内主要几个主机厂的公告。
当欧IV真正到来的时候，这些国外巨头从上游一起断货或提高价格。
那么，这一行业将会从国内厂家手中消失。
或者沦落为主机厂与国外跨国巨头比价的工具。
目前，国内号称唯一一家能够做成套SCR设备的厂家，其核心的技术，仅仅是不锈钢封装技术。
其余均采购自国外厂家。
当这些核心技术都没有解决的时候，该厂家老总就开始考虑SCR大规模上马时的生产能力是否能满足市场的需求。
实在是让人对此行业的发展产生丝丝担忧！
SCR国内发展的情况
SCR这一系统的市场前景，被越来越多的配件厂商所认识。
目前至少有三家厂商都在搞SCR系统，但是那一家能够掌握核心技术，成为新的行业新贵，还是让时间来证明吧！
国外进入国内的市场的厂商为康明斯、博世。
其实作为国内厂商集中力量去攻克SCR系统各组件其中一件，不去走整套供应商路线，同样也可以在这几百亿的市场中分一杯羹。
国内的主机厂也不可能让一家供应商去垄断整套设备的供应，因此，专门去做其中一件组件的供应，术业有专攻，不失为比较合适的做法。
另外，欧IV排放标准的真正实行，还有一段政策的空白期，那么各厂商把资金与人力投放到此项目上，即使是与各主机厂标定，但是量迟迟出不来，产生不了利润。
这对各厂商的耐心也是个巨大的考验。
应用SCR技术的优缺点分析
柴油发动机的排放控制主要是对排放中的PM和NOx的处理。
处理方案一是先在发动机内处理NOx，再处理PM；或者两种都进行后处理。
最后这种方法存在一个污染源回收的处理问题。
没有EGR系统，在发动机内处理NOx是非常困难的，并且燃油消耗更高。
因此，一般多采用在发动机机内减少PM排放，在废气中处理NOx。
（1）目前在废气中处理NOx采用的是SCR处理技术，即：
利用尿素溶液（水溶液浓度为32.5%±0.5%），在排气中喷入尿素、氨水等还原性物质，将NOx（主要是NO）还原为N2和H2O。
它无毒、洁净、无气味、不易着火、无爆炸危险，但有腐蚀性，必须使用特殊的容器储存。
（2）SCR系统中的尿素剂量最终由发动机管理系统控制，尿素的喷入量必须要与NOx的浓度相匹配，在保证降低NOx的同时，不能超过份量。
尿素的喷入量过少，则达不到应有的处理水平，尿素的喷入量过多，则会使多余的氨气排入大气，导致新的污染。
所以，必须要有高灵敏度的NOx浓度传感器以及相应的高精度的尿素喷射装置。
而且尿素消耗较快，定期添加尿素的责任也必须由用户来完成。
（3）使用SCR后不但要增加SCR本身装置的重量，另外还要增加一个尿素溶液箱和尿素溶液。
汽车会损失一部分的有效载荷。
（4）SCR作为一个新的后处理技术，因购置、操作和保养费用高、需要加一套较为复杂的调节还原剂喷射量的控制系统等等原因，在车用柴油机上还没有得到大范围的推广。
（5）必须保证行驶区域内对尿素需求的供应，需要车载诊断，并需要自觉及时地加尿素。
在SCR技术的应用方面，目前已基本解决尿素的储存、注入和喷射策略等技术问题，使用耐久性好，但还需进一步解决降低SCR装置以及尿素加注站的成本等问题。
目前市场上成熟的己投入市场的SCR系统主要分为空气辅助式和直接喷射式两种。
空气辅助式的代表是Hilit￡公司的产品，如图2-1所示：
直接喷射式的代表是Bosch公司的产品，如图2-2所示：
博世系统的主要特点如下：
1）尿素泵：
直流无刷霍尔隔膜泵
2）压力控N-高速电磁阀控制，无蓄能装置
3）喷嘴：
线圈为低电阻（1．9Q）、低电感（1．3mH），电流式驱动
4）系统在停止喷射后通过泵和换向阀清除Urea。
5）喷嘴冷却（尿素溶液冷却）
6）喷嘴有雾化喷雾功能
7）遍布电加热装置
BOSCH系统的可控性高，同时体积较小，集成度较高，但是由于电磁阀喷嘴直接安装在排气管上，对电磁阀本身的可靠性以及隔热散热要求很高，同时为了保证雾化性能并防止结晶，使用了一套换向单元以及博世的专利雾化喷嘴结
构，制造工艺复杂，成本较高。
SCR系统方囊一
SCR系统布置图
系统具体组成如下：
1）柴油机：
2）添蓝控制器：
添蓝控制器通过采集CAN总线及各传感器的信号，根据柴油机的工况变化和催化器的温度变化，按照内部写定的稳态喷射策略和动态修正策略，准确的控制定量给料单元向排气管中喷射添蓝。
根据SAEI]939商用车通讯协议编制，能够在大多数车载CAN网络系统中使用，OBD车载诊断系统定义．DCU的工程样品的开发已经完成，同时，添蓝控制器具各故障诊断功能，实时对整个SCR系统进行故障监测与诊断，目前处于调试和功能完善阶段。
3）催化器消声器：
催化器是SCR系统中的重要组成部分，为催化剂的储存容器，是发动机尾气中NOx与添蓝水解产生的NH3发生催化还原的主要空间。
催化消声器是一个集催化器和消声器于一体的催化消声装置（如需尾气加热功能还可集成尾气加热器），代替了传统的消声器系统。
催化消声器内部有三个串联并相互独立的单元组成，包括氨扩散器、催化器和消声器。
扩散器负责将带有氨的排气均匀的分布在催化器的表面，催化器负责加速NOX的还原，消声器消除发动机排气系统的噪音。
为了防止氨气腐蚀，催化消声器整体采用不锈钢材料制造，其内部催化器工作过程中需要表面最低温度达到200℃，因此布置时应尽量靠近发动机，催化器入口必须位于距增压器出口1～4m的地方。
催化器前后设有两个温度传感器，用于检测催化器前后温度，以此来判断催化器表面温度，确定AdBlue的喷射量。
4）计量供给单元：
定量给料泵上有4个接头，分别是：
空气供给、添蓝供给、添蓝回流、添蓝喷射。
添蓝控制器通过CAN总线向定量给料泵发出命令，控制定量给料泵启动、初始化、喷射、排空。
5）喷嘴：
喷嘴安装在排气管上，作用是将定量给料单元送来的添蓝与压缩空气的混合物喷入排气管，并使混合物均匀雾化。
喷嘴的理想位置是在一段笔直的排气管上，且径向必须居中。
喷嘴具有四个直径为0.5mm的孔，具有径向喷雾排列形状。
喷嘴在管内必须居中且最好安装在直的排气管上，但可以安装在与排气管中心线垂直的任意径向角度。
最好能将喷嘴放在最不容易受到路面损坏的地方。
6）添蓝罐：
添蓝罐用于储存添蓝．添蓝的成分为32．5％的尿素水溶液，不易着火，低腐蚀性，冰点为-11℃。
添蓝罐的尺寸应与添蓝用量相匹配。
对于欧Ⅳ标准，添蓝消耗量大约为燃油消耗量的5％，欧v大约为7％。
7）防冻液电磁阀：
防冻液电磁阀为添蓝化冰服务，当添蓝控制器认为需要对添蓝罐和添蓝管道内的添蓝进行加热，将会控制防冻液电磁阀打开，热的发动机冷却液就会顺着管道流向添蓝罐，使得舔蓝罐内的添蓝温度升高。
由于冷却液管道和添蓝管道扎在一起，外套保暖管．所以添监管道的温度也会同时升高。
8）传感器：
添蓝罐液位传感器和添蓝罐温度传感器用柬监测添蓝罐内添蓝的液位和温度的信号，催化器入口温度传感器和催化器出口温度传感器用来监测催化器内部温度的变化。
NOx传感器用来检测排气中NOx的含量。
传感器把各种参数转化为电信号传输至DCU，通过控制策略对喷射量加以修正。
计量泵可以安装在罐的上方或与罐顶相同的高度上。
计量泵不应安装在罐的下方。
喷嘴的安装高度应低于计量泵
SCR系统的布置设计
SCR系统混和管的布置设计对SCR载体内的化学反应有很大的影响。
在国Ⅳ柴油机的开发过程中，相当多的工作是对混和管进行优化设计，包括管道的几何形状、尿素喷射装置的位置和喷射角度等。
对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
通过对SCR载体入口速度均匀性和整个载体的压力损失情况进行计算分析，保证载体入口速度分布均匀，整个系统产生较小的压力损失。
通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出
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