本發(fā)明涉及SCR尾氣后處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及SCR催化劑瞬時特性評估方法和測試裝置。

背景技術(shù)：

SCR(Selective Catalytic Reduction)技術(shù)是消除柴油機排氣中氮氧化物的主要后處理技術(shù)之一。其工作原理為：后處理控制單元(DCU)根據(jù)發(fā)動機的運行工況計算當(dāng)前的尿素需求量，控制執(zhí)行器向SCR催化器內(nèi)噴射尿素溶液，尿素溶液在高溫下分解成NH₃和CO₂，在SCR催化器中的NH₃和排氣中的NO、NO₂反應(yīng)產(chǎn)生N₂和H₂O，從而降低柴油機尾氣中的氮氧化物量。在SCR技術(shù)中，催化器中的催化劑的性能對于尾氣處理的效果至關(guān)重要，因而需要對SCR催化劑性能進行測試和評估。

目前，在評估SCR催化劑瞬態(tài)特性的過程中，往往會通過重復(fù)使用WHTC/ETC瞬態(tài)循環(huán)來進行評價。WHTC試驗(World Harmonized Transient Cycle)：全球統(tǒng)一瞬態(tài)試驗循環(huán)，包括1800個逐秒變換工況的瞬態(tài)試驗循環(huán)。ETC試驗(European Transient Test)：歐洲瞬態(tài)測試循環(huán)，包括1800個逐秒變換工況的試驗循環(huán)。WHTC/ETC循環(huán)每循環(huán)需要30分鐘，重復(fù)使用會造成人力和物力的巨大浪費，并且WHTC/ETC對測功機等設(shè)備有較高要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在設(shè)計一種SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法和測試裝置，用于SCR催化劑瞬態(tài)性能評估，能夠?qū)Σ煌呋瘎┲g性能比較以及對同一種催化劑生產(chǎn)一致性進行評價，避免重復(fù)利用WHTC/ETC瞬態(tài)循環(huán)進行測評帶來的人力和物力浪費。

在SCR的NO_X與NH₃進行反應(yīng)過程中，NH₃首先吸附在SCR催化劑的活性位上，再與NO_X進行反應(yīng)。隨著尿素的噴射及化學(xué)反應(yīng)的進行，NH₃在SCR催化劑上的吸附和脫附是同時進行的。隨著尿素噴射，NH₃在SCR催化劑上存儲趨于飽和，來不及與NO_X反應(yīng)的NH₃會從SCR催化劑上脫附出來，這就是NH₃泄漏。如果NH₃更趨于和NO_X進行反應(yīng)，NH₃泄漏相對要少的話，說明催化劑的活性更大，性能更好。因而，NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量是評估SCR催化劑性能的兩個關(guān)鍵指標。

溫度和空速是影響SCR催化劑性能的兩個主要因素，尤其溫度對SCR催化劑性能影響很大。當(dāng)SCR處的工況從低溫低空速突變到高溫高空速時，NH₃在SCR催化劑上的脫附和NH₃與NO_X的反應(yīng)都會加快；催化劑本身的特性和大量的試驗數(shù)據(jù)表明，瞬態(tài)過程中NH₃泄漏主要出現(xiàn)在由低溫低空速突變到高溫高空速的過程中，因此設(shè)計排溫和空速工況突變試驗來考核催化劑瞬態(tài)下NH₃泄漏控制情況。

本發(fā)明基于NH₃和NO_X在SCR催化劑上的反應(yīng)原理，采用排溫和空速工況突變作為觸發(fā)條件，工況突變后對SCR后的NO_X和NH₃泄漏值進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果換算為NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量評估SCR催化劑瞬態(tài)特性，NH₃逃逸越少，對應(yīng)的NO_X轉(zhuǎn)化效率高，催化劑的性能越好。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明提出一種SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法，包括以下步驟：

步驟S1：發(fā)動機啟動熱車；

步驟S2：調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，使發(fā)動機運行在低速低負荷工況；

步驟S3：控制尿素的噴射速率，按照固定的NH₃/NO_X比噴射尿素，實時檢測SCR后NH₃泄漏值，并開始計時；

步驟S4：當(dāng)SCR后NH₃泄漏值達到預(yù)定閾值，記錄時間為t₁；

步驟S5：快速調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，使發(fā)動機運行到高速大負荷工況，控制尿素的噴射速率，保持尿素噴射的NH₃/NO_X比不變；

步驟S6：當(dāng)SCR后NO_X排放穩(wěn)定后，檢測SCR前NO_X的質(zhì)量流量m′_B、SCR后NO_X的質(zhì)量流量m′_A和SCR后NH₃泄漏的瞬時值n′_A，停止試驗，紀錄時間為t₂；

步驟S7：計算NO_X轉(zhuǎn)化效率：

NH₃泄漏量：

步驟S8：根據(jù)SCR的NO_X轉(zhuǎn)化效率及NH₃泄漏量對催化劑性能進行評估。

所述低速低負荷工況為溫度T為450℃、空速SV為50000h^-1，所述高速大負荷工況為溫度T為250℃、空速SV為30000h^-1。

所述NH₃/NO_X比為0.7或0.8；所述預(yù)定閾值為10ppm。

若NO_X轉(zhuǎn)化效率高且NH₃泄漏量小，則判定催化劑的性能好；若NO_X轉(zhuǎn)化效率低且NH₃泄漏量大，則判定催化劑的性能差；若NO_X轉(zhuǎn)化效率低且NH₃泄漏量小，則判定催化劑的氧化性太強，需要更大的尿素噴射量。

本發(fā)明另一個發(fā)明目的是提出一種SCR催化劑瞬態(tài)特性評估的測試裝置，包括動力系統(tǒng)、SCR處理系統(tǒng)、工況控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，

所述動力系統(tǒng)包括發(fā)動機和動力控制器C1，所述動力控制器C1用于啟動，并根據(jù)指令調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和扭矩；

所述SCR處理系統(tǒng)包括SCR箱、入口氣體采樣管路和出口氣體采樣管路，所述入口氣體采樣管路置于所述SCR箱的前端，所述出口氣體采樣管路置于所述SCR箱的后端；所述入口采樣管路用于檢測SCR前NO_X的質(zhì)量流量，所述出口氣體采樣管路用于檢測SCR后NO_X的質(zhì)量流量和SCR后NH₃泄漏的瞬時值；

所述工況控制系統(tǒng)包括工況控制器M3、尿素箱、尿素箱控制器M2、尿素噴嘴M1、工況監(jiān)測系統(tǒng)和計時器；

所述工況控制器M3向尿素箱控制器M2發(fā)送控制信號，通過尿素箱控制器M2控制尿素噴嘴M1向SCR處理系統(tǒng)噴射尿素的速率，以便控制NH₃/NO_X比；

所述計時器用于記錄發(fā)動機在低速低負荷工況運行時間t₁和在高速大負荷工況運行時間t₂；

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)F1用于接收所述SCR處理系統(tǒng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，即SCR前NO_X的質(zhì)量流量m′_B、SCR后NO_X的質(zhì)量流量m′_A和SCR后NH₃泄漏的瞬時值n′_A，以及所述計時器記錄的發(fā)動機在低速低負荷工況運行時間t₁和在高速大負荷工況運行時間t₂，并計算NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量：

NO_X轉(zhuǎn)化效率：

NH₃泄漏量：

所述入口采樣管路中設(shè)有第一氣體流量計，用于檢測SCR前NO_X的質(zhì)量流量；所述出口氣體采樣管路設(shè)有用于檢測SCR后NO_X的質(zhì)量流量的第二氣體流量計和用于檢測SCR后NH₃泄漏的瞬時值的第三氣體流量計。

所述工況監(jiān)測系統(tǒng)包括液體流量傳感器、溫度傳感器N1和氣體流量傳感器N2，所述液體流量傳感器設(shè)置于尿素噴嘴M1上，所述溫度傳感器N1設(shè)置于所述入口氣體采樣管路，所述氣體流量傳感器N2設(shè)置于所述出口氣體采樣管路。

所述低速低負荷工況為溫度T為450℃、空速SV為50000h^-1，所述高速大負荷工況為溫度T為250℃、空速SV為30000h^-1；所述NH₃/NO_X比為0.7或0.8。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

基于NH₃和NO_X在SCR催化劑上的反應(yīng)原理，采用排溫和空速工況突變作為觸發(fā)條件，通過檢測、對比SCR后NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量評價SCR催化劑瞬態(tài)特性。

1、能夠有效的對SCR催化劑瞬態(tài)特性進行評價、比較不同催化劑之間的性能以及對同一催化劑生產(chǎn)一致性進行評價；

2、該測試方法時間緊湊，且試驗設(shè)備均為常規(guī)排放試驗所用，在實際試驗過程中容易操作實現(xiàn)；

3、可以有效的避免重復(fù)利用WHTC/ETC循環(huán)進行SCR催化劑瞬態(tài)性能評估帶來的人力和物力方面的浪費。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法流程圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的SCR催化劑瞬態(tài)特性測試裝置示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提出一種SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：發(fā)動機啟動熱車；

步驟S2：調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，使發(fā)動機運行在低速低負荷工況，本實施例中工況:溫度T為250℃、空速SV為30000h^-1；

步驟S3：控制尿素的噴射速率，按照固定的NH₃/NO_X比噴射尿素，實時檢測SCR后NH₃泄漏值，并開始計時，本實施例中NH₃/NO_X比ANR例如為0.7或0.8；

步驟S4：當(dāng)SCR后NH₃泄漏值達到預(yù)定閾值、例如10ppm，記錄時間為t₁；

步驟S5：快速調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，使發(fā)動機運行到高速大負荷工況，本實施例中工況：溫度T為450℃、空速SV為50000h^-1，控制尿素的噴射速率，保持尿素噴射的NH₃/NO_X比不變，即本實施例中的NH₃/NO_X比ANR為0.7或0.8；

步驟S6：當(dāng)SCR后NO_X排放穩(wěn)定后，檢測SCR前NO_X的質(zhì)量流量m′_B、SCR后NO_X的質(zhì)量流量m′_A和SCR后NH₃泄漏的瞬時值n′_A，停止試驗，紀錄時間為t₂；

步驟S7：計算NO_X轉(zhuǎn)化效率：

NH₃泄漏量：

步驟S8：根據(jù)SCR的NO_X轉(zhuǎn)化效率及NH₃泄漏量對催化劑性能進行評估：

(1)NO_X轉(zhuǎn)化效率高，NH₃泄漏小，催化劑的性能越好；

(2)NO_X轉(zhuǎn)化效率低，NH₃泄漏高，催化劑的性能越差；

(3)NO_X轉(zhuǎn)化效率低，NH₃泄漏小，催化劑的氧化性太強，需要更大的尿素噴射量；

為實現(xiàn)上述SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法，本發(fā)明提出一種SCR催化劑瞬態(tài)特性評估測試裝置，如圖2所示，包括動力系統(tǒng)、SCR處理系統(tǒng)、工況控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，

所述動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機和動力控制器C1，所述動力控制器C1用于啟動發(fā)動機，并根據(jù)指令調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和扭矩；

所述SCR處理系統(tǒng)包括SCR箱、入口氣體采樣管路和出口氣體采樣管路，所述入口氣體采樣管路置于所述SCR箱的前端，所述出口氣體采樣管路置于所述SCR箱的后端；所述入口采樣管路用于檢測SCR前NO_X的質(zhì)量流量，所述出口氣體采樣管路用于檢測SCR后NO_X的質(zhì)量流量和SCR后NH₃泄漏的瞬時值；

所述入口采樣管路中設(shè)有第一氣體流量計(圖中未示出)，用于檢測SCR前NO_X的質(zhì)量流量；所述出口氣體采樣管路設(shè)有用于檢測SCR后NO_X的質(zhì)量流量的第二氣體流量計(圖中未示出)和用于檢測SCR后NH₃泄漏的瞬時值的第三氣體流量計(圖中未示出)；

所述工況控制系統(tǒng)，包括工況控制器M3、尿素箱、尿素箱控制器M2、尿素噴嘴M1、工況監(jiān)測系統(tǒng)和計時器；所述工況監(jiān)測系統(tǒng)包括液體流量傳感器、溫度傳感器N1和氣體流量傳感器N2，所述液體流量傳感器設(shè)置于尿素噴嘴M1上，所述溫度傳感器N1設(shè)置于所述入口氣體采樣管路，所述氣體流量傳感器N2設(shè)置于所述出口氣體采樣管路；

所述工況控制器M3向尿素箱控制器M2發(fā)送控制信號，通過尿素箱控制器M2控制尿素噴嘴M1向SCR處理系統(tǒng)噴射尿素的速率，以便控制NH₃/NO_X比；所述工況控制器M3根據(jù)所述工況監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，如溫度和廢氣流量，向所述動力控制器C1發(fā)送指令，控制發(fā)動機的運行工況，如低速低負荷工況:溫度T為250℃、空速SV為30000h^-1；高速大負荷工況：溫度T為450℃、空速SV為50000h^-1；

所述計時器用于記錄發(fā)動機在低速低負荷工況運行時間t₁和在高速大負荷工況運行時間t₂；

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)F1，用于接收所述SCR處理系統(tǒng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，即SCR前NO_X的質(zhì)量流量、SCR后NO_X的質(zhì)量流量和SCR后NH₃泄漏的瞬時值，以及所述計時器記錄的發(fā)動機在記錄低速低負荷工況運行時間t₁和在高速大負荷工況運行時間t₂，并計算NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH3泄漏量：

NO_X轉(zhuǎn)化效率：

NH₃泄漏量：

本發(fā)明測試裝置的工作過程為：

(1)通過控制器C1啟動發(fā)動機，發(fā)動機熱車，并調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，使發(fā)動機運行在低速低負荷工況，本實施例中工況:溫度T為250℃、空速SV為30000h^-1；

(2)工況控制器M3設(shè)定溫度T為250℃、空速SV為30000h^-1，工況監(jiān)測系統(tǒng)中的溫度傳感器N1和氣體流量傳感器N2對溫度和廢氣流量進行實時監(jiān)控，并反饋給工況控制器M3；

(3)工況控制器M3向尿素箱控制器M2發(fā)送控制信號，通過尿素箱控制器M2控制尿素噴嘴M1向SCR處理系統(tǒng)噴射尿素的速率，以便控制NH₃/NO_X比，同時計時器開始計時，本實施例中NH₃/NO_X比ANR為0.7或0.8；

(4)當(dāng)SCR后NH₃泄漏值達到預(yù)定閾值、例如10ppm，計時器記錄時間為t₁；通過動力控制器C1快速調(diào)整發(fā)動機到高速大負荷工況，本實施例中工況：溫度T為450℃、空速SV為50000h^-1；同時，工況控制器M3設(shè)定為溫度T為450℃、空速SV為50000h^-1，并向尿素箱控制器M2發(fā)送控制信號，控制尿素噴嘴M1向SCR處理系統(tǒng)噴射尿素的速率，保持NH₃/NO_X比0.7或0.8不變；

(5)當(dāng)SCR處理系統(tǒng)中的第二氣體流量計監(jiān)測的SCR后NO_X的質(zhì)量流量穩(wěn)定后，計時器記錄時間t₂；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)F1記錄第一氣體流量計檢測的SCR前NO_X的質(zhì)量流量、第二氣體流量計檢測的SCR后NO_X的質(zhì)量流量、第三氣體流量計檢測的SCR后NH₃泄漏的瞬時值，以及計時器記錄的時間t₁和t₂；同時，動力控制器C1關(guān)閉發(fā)動機；

(6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)F1根據(jù)計算公式計算NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量；基于計算結(jié)果，對催化劑性能進行評估。

在對催化劑進行評估時，只需將不同的催化劑在相同的測試條件下，采用本發(fā)明的SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法和測試裝置進行評估，對比測得的NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量，就可以比較不同催化劑之間的性能。

同樣的，將不同批次的同種催化劑在相同的測試條件下，采用本發(fā)明的SCR催化劑瞬態(tài)特性評估方法和測試裝置進行評估，對比測得的NO_X轉(zhuǎn)化效率和NH₃泄漏量，就可以對同一催化劑生產(chǎn)一致性進行評價。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。