0 引言

為了滿足日益嚴格的排放法規(guī)，柴油車使用選擇性催化還原技術SCR(Selective Catalytic Reduction)將尾氣中的NOx還原成無污染的氮氣和水。SCR系統(tǒng)一般選擇尿素水溶液作為還原劑,使用尿素SCR后處理的柴油機在運行過程中遇到的最為突出的問題是尿素結晶，其會在尿素 噴嘴頭部、排氣管路內壁及混合器等部位出現(xiàn)不同程度的白色“結石”

。尿素結晶會導致排氣背壓升高、油耗增大以及排放惡化，嚴重影響發(fā)動機排氣系統(tǒng)的正常工作，甚至造成發(fā)動機的故障限扭 、動力不足等

。因而需采取有效措施解決尿素結晶問題，降低排氣系統(tǒng)的結晶帶來的不利影響，保證發(fā)動機的正常使用。

在實際應用中尿素結晶已經成為不可避免的問題，目前的常規(guī)做法是進行定期再生，提升尾氣溫度將尿素結晶分解消除。但由于發(fā)動機配套范圍廣，車輛的運行環(huán)境具有不確定性，往往很難確定一個比較適中的再生周期，周期太短影響油耗和用戶使用體驗，周期太長可能導致排放超標、背壓升高，而且再生存在失敗的風險，一旦結晶消除失敗，其成長速度會很快，導致故障限扭，嚴重影響用戶使用。因此需要將尿素結晶也作為再生的一個實時觸發(fā)條件，這就要求對尿素結晶進行識別。

電容器的擊穿故障很容易發(fā)現(xiàn)，但是當并聯(lián)多個元件時，很難確定具體的故障分量。電容器的開路故障可以通過將相同類型和容量的電容器與檢測到的電容器并聯(lián)以觀察電路功能是否恢復來確定。電容和電參數(shù)變化的檢測比較麻煩。一般可按下列方法進行。首先，電容器的一根引線應該從電路板上移除，以避免周圍部件的影響。其次，根據電容器的不同情況，采用不同的方法進行檢查：

自從腦科學誕生以后，我們基本弄清了大腦是由千億個神經細胞（也叫神經元）組成的。我們也弄清了神經元傳遞信息的奧秘，由化學物質在細胞膜之間的傳遞產生了電沖動，編碼了神經元將大千世界信息變成簡單的電活動。但是，當我們完成了將神奇的大腦分解為一個一個神經元的工作之后，我們發(fā)現(xiàn)對那些最令人著迷的問題，我們還是沒有答案。為什么能學習記憶，為什么能思考且有意識？

本文基于某重型柴油機后處理器進行臺架實驗及CFD仿真，對同工況下及不同尿素結晶量對后處理系統(tǒng)的NOx尾排及壓差進行研究，對結晶影響背壓及排放的原因進行分析。并基于以上研究結果，搭建結晶識別和風險預警模型，在整車應用中對尿素結晶進行識別并進行相應清除措施。通過本方法可降低當前技術手段中無法準確預測尿素結晶失效的風險。

1 發(fā)動機及后處理器參數(shù)介紹

試驗發(fā)動機為一臺11L的國六柴油機，后處理路線為高效SCR路線，目標為滿足國六法規(guī)。詳細參數(shù)信息見下表。

2 尿素結晶試驗結果

試驗用油為國六低硫柴油，試驗開始前對后處理器進行深度再生及拆檢稱重，作為初始狀態(tài)。結晶實驗工況為WHTC循環(huán)前600秒，尿素噴射為開環(huán)噴射，使得每個循環(huán)的尿素噴射量一致，連續(xù)運行，總時間為50小時，過程中記錄尿素噴射量、廢氣量、SCR入口溫度、后處理器上下游NOx濃度等關鍵參數(shù)。在試驗運行至30h和50h時對后處理器混合器進行拆檢目視并稱重，得到結晶量及結晶照片如下：

2.1 尿素結晶對排氣背壓的影響

步驟1：獲取整車實時數(shù)據流。利用車載終端對尿素結晶預測所需信號進行獲取，信號包括，廢氣溫度、SCR入口溫度、廢氣流量、尿素噴嘴開度、下游NOx濃度、發(fā)動機排氣背壓及故障信息。

在結晶465g的基礎上觸發(fā)再生，對結晶進行消除，并采集了再生前后WHTC循環(huán)的排氣背壓，見圖3。由圖3可見：無結晶時最高背壓約12kPa，結晶生成后最高背壓達23kPa，背壓增幅接近100%。

以得到的尿素結晶因子的絕對值進行尿素結晶判斷，由公式(2)可以看出，結晶因子越小，輸入的能量越多，越不利于結晶的生成，反之，則越容易結晶。其中尿素噴射量用尿素噴嘴實際開度進行替代計算，以便于更加真實反應實際尿素噴射情況。結晶預測方法及診斷流程如下：

2.2 尿素結晶對NOx排放的影響

試驗過程中全程記錄下游NOx排放結果，如下圖4：

近日，中國知網發(fā)布了中國學術期刊影響因子年報(自然科學與工程技術·2018版)，據悉，《中國鉬業(yè)》期刊的重要學術指標較2017年均有明顯提升。其中，期刊影響力指數(shù)學科排序位居全國81種期刊的第26位(2017年為第30位)，排序提升4位；影響因子為0.358(2017年為0.335)，增幅為6.87%；基金論文比為0.18(2017年為0.14)，增幅為28%。

為了消除在低溫區(qū)域氨存儲狀態(tài)差異引起的排放差異影響，此處只選取WHTC循環(huán)后1200s的結果進行對比。由圖5可以看出，當結晶生成后，下游NOx排放明顯變差，整個過程排放均劣化，尤其在后半段的中高空速區(qū)域，排放劣化尤為明顯。

3 仿真預測及影響因素分析

從表4可知，對高物流績效水平的國家而言，物流績效及6個分項指標對中國機械運輸設備出口價格邊際的促進作用顯著為正，且物流服務質量和國際運輸便利性是關鍵的影響因素。但是對于低物流績效水平的國家而言，綜合物流績效指數(shù) （LPI）和分項指標 （清關效率、國際運輸便利性和貨物運輸及時性）均對中國機械運輸設備出口價格邊際的影響不顯著。上述結果說明，物流績效水平越高的國家往往經濟發(fā)展水平越高，對于產品的質量和檔次也更為注重，因而物流績效水平越高的國家對價格邊際的促進效果越大。而低物流績效水平的國家由于經濟水平的限制，更加偏好消費 “物美價廉”的產品，故物流績效水平的提高對價格的促進作用并不顯著。

參考圖2中尿素結晶位置及大概尺寸在仿真模型中構建結晶塊，由于尿素結晶塊實物形狀不規(guī)則，只能大致進行尺寸復原，但不影響仿真計算結果的指導意義。三維模型見圖6。

3.1 尿素結晶影響排氣背壓的原因分析

這里選擇了額定工況：1862kg/h,513℃對后處理器壓差及后處理器內部流速及進行仿真，得到結果如下：

看不見盡頭的路，腳步走得更慢，偶爾的小石頭幾乎讓我摔倒，就在黑暗里這樣跌跌撞撞地走。走到一半的時候，忽然我的面前出現(xiàn)兩個男人，我從氣息都能感覺到不是什么善類，我想我是要倒霉了。他們開始搶奪我的包、我的手機，我開始大喊救命。在搶奪中我摸到他們衣服的質地還有衣服上沾上的已經干掉的水泥，聞到汗臭味以及劣質香煙的味道。是附近正在建大樓的民工，我白天經過的時候注意過。據說他們老板已經欠了工人好幾個月工資了，那一刻，我突然心軟。

基于以上試驗結晶結果構建三維模型，對結晶產生后對后處理器流場及氨混均勻性的影響進行仿真，并結合試驗結果對結晶影響背壓及排放的原因進行分析，CFD仿真軟件為star CCM+。

由表2可見：額定點的壓差仿真結果和試驗結果接近，后處理器結晶后，背壓會升高，且隨著結晶量的累積，背壓升高速度變快。

流體流動過程中的壓力損失(也叫阻力損失)可分為兩種：沿程阻力損失和局部阻力損失。前者主要由流體與管路壁面摩擦引起，而后者是由于流體經過突變截面或轉折處時產生逆壓差或渦流引起的。壓力損失可由公式(1)計算：

公式(1)

由圖7可見：當尿素結晶產生后，混合器中部即實際尿素結晶生成位置的氣流速度明顯增加。由公式(1)可知，壓力損失與氣流流速呈二次方關系，背壓增長率隨著流速的增加而加快。

本研究對47例老年肺炎患者及20例健康老人的血清PCT、hs-CRP及D-Dimer水平進行了檢測和比較，結果顯示老年肺炎患者血清PCT、hs-CRP及D-Dimer水平明顯高于對照組(P＜0.05)，可能是因為發(fā)生肺炎等肺部疾病時，患者機體存在的炎癥反應會激活機體應急反應及凝血系統(tǒng)，最終表現(xiàn)為上述3個指標的升高，本研究還發(fā)現(xiàn)高危組老年肺炎患者血清PCT、CRP及D-Dimer水平明顯高于中危及低危2組患者，且其升高水平與肺炎嚴重程度呈正相關，隨著患者病情越重，其濃度越高。

3.2 尿素結晶生長速度相關因素分析

結晶生成隨著發(fā)動機運行時間和車輛運行里程的增加并非線性增加，即使是在發(fā)動臺架上進行連續(xù)的穩(wěn)態(tài)工況點結晶試驗，其生成速度也非線性增加，下圖為不同結晶量下混合器氨通量仿真結果：

由圖8可見：結晶形成后，氨通量隨之增加，這就增大了尿素著壁機率及尿素液膜的面積和厚度。結晶塊越大，尿素著壁的幾率越大，液膜面積和厚度也越大，結晶生成的速度也越大。

6.一旦探索出潛在的解決問題的方案，即可商定一個計劃，并持續(xù)推進該計劃，但是該方案必須要滿足雙方的利益，公平合理。這樣未來再有類似的問題需要溝通時就能維系良好的關系。

現(xiàn)在，我是廠長了，景花廠的廠長。就這么快。一人之下，眾人之上。阿花是老板，在我的上面。偶爾也會在我的下面。在我下面的時候，她像只發(fā)情的母狗。

氨混均勻性是影響NOx排放的一個關鍵因素，這里選擇了兩個工況點：1862kg/h,513℃及665kg/h,306℃，對不同結晶量下的氨混均勻性進行仿真，得到結果如下：

3.3 尿素結晶影響NOx排放的原因分析

因此當混合器中有尿素結晶生成后，結晶生成速度會加快，如果不及時采取清除措施，混合器將發(fā)生結晶堵死的失效。

從尿素結晶的生成機理來看，主要是由于溫度不足引起，即用于尿素熱解水解的能量足夠多的話，可以避免尿素結晶，反之，如果能量不足，則會導致結晶生成。從能量的輸入和輸出角度看，用于尿素水溶液熱解水解的能量輸入主要來自于發(fā)動機廢氣，即廢氣流量和廢氣溫度；而能量的消耗主要來自于尿素水溶液的熱解水解，即尿素噴射量的大小，由此可以建立尿素結晶風險因子與尿素噴射量、廢氣溫度、廢氣流量之間的映射關系，即：

4 尿素結晶識別策略及驗證思路

基于以上尿素結晶生成后對背壓及排放的影響分析研究，在實際應用中對車輛實際采集的數(shù)據流進行監(jiān)控采集，利用數(shù)據算法對結晶進行預測和風險預警，解決當前技術手段中無法準確預測實際應用尿素結晶失效的風險。

由圖9可見：當結晶產生后，氨混均勻性確實有明顯下降，且存在結晶量越大，氨混均勻性越低的趨勢

，這也是導致NOx排放惡化的直接原因。

公式(2)

其中，

:尿素結晶因子；M：廢氣質量流量，單位kg/h；

：后處理器入口溫度或

催化器入口溫度，單位℃；

：尿素噴嘴開度,單位：%；

②金融商品轉讓按規(guī)定以盈虧相抵后的余額作為銷售額的。金融商品實際轉讓月末，如產生轉讓收益，則按應納稅額借記“投資收益”等科目，貸記“應交稅費——轉讓金融商品應交增值稅”科目；如產生轉讓損失，則按可結轉下月抵扣稅額，借記“應交稅費——轉讓金融商品應交增值稅”科目，貸記“投資收益”等科目。交納增值稅時，應借記“應交稅費——轉讓金融商品應交增值稅”科目，貸記“銀行存款”科目。年末，本科目如有借方余額，則借記“投資收益”等科目，貸記“應交稅費——轉讓金融商品應交增值稅”科目。

由圖2可見：結晶主要分布于混合器旋流長孔板上，隨著結晶量的增加，結晶增長速度加快。

步驟2：對獲取數(shù)據流進行短時切片處理，比如5秒鐘之內的各信號取平均值，數(shù)據切片取平均值的目的旨在消除信號物理延時導致的計算偏差放大，因為所有信號采集值均通過傳感器獲取，而在實際發(fā)動機工作瞬態(tài)工況切換過程中，溫度、廢氣量及尿素噴射量并非能實現(xiàn)完全同步，采取短時間內的平均值處理，更能消除延時造成的計算誤差。

步驟3：對步驟2中采集到的信號平均值進行尿素結晶因子計算，并進行積分處理，積分的時間窗口Δt的選擇不低于20分鐘并不超過60分鐘，太短和太長均不利于尿素結晶特征的提取，因為尿素結晶的生成是一個動態(tài)過程，結晶生成過程需要一定的時間累積，同時結晶的生成和消除是雙向進行的，時間太短或太長均會導致結晶特征不能被有效獲取。同時，積分的時間窗口Δt內，不應該出現(xiàn)廢氣溫度、SCR入口溫度、廢氣流量、尿素噴嘴、下游NOx濃度、后處理器背壓信號或相關系統(tǒng)部件故障的出現(xiàn)，如果出現(xiàn)則該窗口為無效窗口，不予選用；同時，積分的時間窗口Δt內不允許超過10%的信號數(shù)據出現(xiàn)丟失，例如，假定數(shù)據的采樣頻率為1Hz，Δt定義為1小時，則應有3600*90%=3240個有效數(shù)據，丟失數(shù)據在運算過程中可采用臨近原則替代，積分的時間窗口Δt內如超過10%的信號數(shù)據出現(xiàn)丟失則同樣視為無效窗口，不予選用。

步驟4：對有效窗口內的下游NOx濃度最大值與下游NOx濃度安全閾值進行對比并統(tǒng)計頻次，此處的下游NOx濃度安全閾值根據發(fā)動機正常運行狀態(tài)下并尿素正常噴射時后處理器中沒有結晶出現(xiàn)的狀態(tài)下進行確定，設為閾值N，超過N的頻次設為Nf，頻次上限設為Nfup。對有效窗口內的后處理器背壓最大值與安全閾值進行對比并統(tǒng)計頻次，此處的安全閾值根據發(fā)動機正常運行狀態(tài)下、不同DPF碳載量條件下并后處理器中沒有結晶出現(xiàn)的狀態(tài)下進行確定，設為閾值P，超過P的頻次設為Pf，頻次上限設為Pfup。對于沒有安裝后處理器背壓傳感器的發(fā)動機應用，可以僅依據下游NOx濃度作為判斷。對有效窗口內的尿素結晶因子與尿素結晶因子安全閾值進行對比并統(tǒng)計頻次，此處尿素結晶因子安全閾值根據發(fā)動機正常運行狀態(tài)下并尿素噴射系統(tǒng)無故障時后處理器中沒有結晶出現(xiàn)的狀態(tài)下進行確定，設為閾值E，超過E的頻次設為Ef，頻次上限設為Efup。當Nf大于Nfup或者Pf大于Pfup時，如果Ef大于Efup，則認為后處理器中已經有尿素結晶生成，并該尿素結晶需要及時清理，同時將頻次統(tǒng)計計數(shù)器Nf、Pf、Ef清零。否則，繼續(xù)進行結晶預測和判斷。

通過對本文中發(fā)動機匹配的整車對結晶識別方法進行驗證，以下為整車數(shù)據跟蹤結果：

第三，盡管家庭部門負債率的下降也會帶來經濟增長的提速，但作用效應并不明顯，力度偏小。這除了受模型自身的框架限制之外，還與當前經濟結構中，居民消費的比重偏小息息相關。隨著擴大內需戰(zhàn)略的進一步實施，隨著消費對經濟增長的貢獻愈發(fā)顯著和穩(wěn)定，隨著居民消費在總需求結構中的比重進一步提升，降低家庭部門負債率對經濟增長的作用將愈發(fā)顯現(xiàn)。因此，就當前經濟增長有較大可能持續(xù)下行的趨勢而言，擇時加快對家庭部門負債率進行限制，無疑將為下個階段中國經濟增長動能轉換做好未雨綢繆的準備，減少其對經濟增長的掣肘。

由圖11可見：當混合器中有明顯結晶產生后，下游NOx排放變差，此時Nf大于Nfup，認為后處理器中已經有尿素結晶生成，考慮觸發(fā)再生，上圖中再生溫度超過600℃的數(shù)據為有效再生過程，紅色標記為NOx濃度超過1000ppm并且尿素噴嘴處于正常噴射狀態(tài)下的記錄，可以明顯發(fā)現(xiàn)再生前后NOx排放有明顯改善。

5 結論

1)當后處理器混合器氣流主流道中有明顯尿素結晶產生時，會影響氨混合均勻性，氨通量。氨混均勻性下降時會導致NOx轉化效率下降。

2)當后處理器混合器中有明顯尿素結晶產生時，結晶塊表面的粗糙度會增加，同時氣流流通面積會減小，局部流速會增加，沿程損失壓降和局部損失壓降會增大，引起排氣背壓的升高。

3)當后處理器混合器中有明顯尿素結晶產生時，會增加氨通量以及尿素液膜的厚度，加速尿素結晶的生成。

4)后處理器混合器設計時應盡量避免氣流死區(qū)或氣流量小且容易產生尿素結晶堆積及尿素返流的區(qū)域，以防混合器在結晶生成后不易被再生清除甚至混合器結晶堵死失效的發(fā)生。

5)定義尿素結晶因子，在整車應用中獲取整車實時數(shù)據流并進行處理，利用有效窗口內的尿素結晶因子進行尿素結晶識別控制，可以提前對尿素結晶失效進行預判并為尿素結晶消除控制策略提供思路。

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