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发动机尾气排放是造成环境污染的重要因素之一,各个国家颁布的排放法规日益严格。SCR技术是柴油机尾气后处理中去除氮氧最高效的方法,通过向排气管中喷射定量尿素水溶液,分解产生的氨气在催化剂作用下与NOx发生反应,使排气中氮氧含量达到法规限值要求。当前市场上主要是小功率柴油机的SCR系统,面对排放法规的升级,本文针对大功率400 kW1200 kW船用柴油机设计一款气助式尿素喷射系统,使柴油机排放达到Tire III世界统一水平。对某型号喷枪进行模拟仿真,研究1.0 bar、1.5 bar、2.0 bar气路压力和尿素喷射量为4.5 L/h、12 L/h、22.5 L/h的喷枪内部流场,并导出相关参数仿真外部流场的喷雾特性,仿真发现气助压力越高,喷雾SMD越小,有利于尿素分解。对设计的尿素喷射系统进行离线测试,包括尿素泵计量精度、喷雾特性、耗气量。为了验证多泵并联尿素喷射系统的可行性,测试了不同气路压力和不同喷射量下单泵和多泵并联方式的喷射计量精度。气助压力下低喷射量时计量精度偏低,随着喷射背压升高喷射量有降低的趋势。单泵和三泵并联形式的计量精度相近,说明泵工作时的相互作用和喷射量增加引起的背压升高不足以引起计量精度明显变化。利用天津大学试验室的三维粒子动态分析仪测量不同边界条件下的喷雾特性和喷雾粒径均匀性。气助压力越高,液滴SMD越小,基本在50μm以内,并且沿着喷射方向有增加的趋势;不同截面下的喷雾粒径均匀性较好,90%液滴SMD小于60μm。喷雾锥角在不同边界条件下基本不变,同时基于良好的喷雾特性计算喷射系统的耗气量,计算结果要求喷射系统气路零部件选取要求2.5 bar压力下达到120 L/min的气体流量。利用Matalab/Simulink以DeNOx为目的搭建尿素喷射系统控制策略,以880 kW某船用发动机参数作为控制策略的基础,通过CAN接收发动机转速、扭矩、排气温度、NOx浓度等信息计算废气流量、NOx质量流量,精准控制喷射尿素。在发动机试验台架上安装匹配设计的尿素喷射系统的SCR进行E3循环排放验证,发动机原排值从9.63 g/kW·h降到1.42 g/kW·h,满足Tire III阶段排放法规要求此功率段发动机NOx排放值达到2.26 g/kW·h。