催化器结构设计论文

摘要：橡胶悬置在设计开发时不仅需保证其在使用中受到复杂应力达到疲劳耐久性能的要求，还需考虑温度对悬置使用寿命的影响。某车型年度改款的新发动机的三元催化器与左侧发动机悬置距离较近，悬置隔振元件使用的就是橡胶材料，三元催化器表面高温辐射容易导致橡胶老化开裂。今天小编给大家找来了《催化器结构设计论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

催化器结构设计论文 篇1：

甲醇发动机催化器设计开发应用

摘要：实现内燃机燃料多元化和低碳化发展，缓解我国碳排放的压力和石油对外依赖的现状，保障国家能源安全。由于醇醚代用燃料独特的排放、使用成本经济性等优势，推广应用醇醚代用燃料技术（乙醇、甲醇、二甲醚等）和生物燃料（生物柴油、生物乙醇），初步实现液体替代燃料与石化燃料掺混改应用，石化燃料替代意义重大。

關键词：甲醇发动机;催化器;设计应用

Key words： methanol engine;catalytic converter;design and application

0  引言

甲醇催化器是甲醇发动机尾气后处理关键部件，催化器的可靠性[1]对甲醇发动机尾气达标以及消声作用[2]起到至关重要作用，另外，由于催化器中催化剂的价值量较大，对企业后期三包索赔损失也会大大的增加。

催化器的封装的重要性：一方面对催化剂保护作用，确保催化剂不损坏;另一方面要确保封装密封性，确保净化前尾气全部通过载体净化。所以封装质量是产品质量的保证的关键，也是保证发动机尾气排放是否合格的保障。另外过剩设计选型，对产品的成本竞争力起到负面作用。本文针对甲醇发动机催化器封装结构设计、分析、材料选型[3]、试验验证 ，最终选择性价比较高的封装材料、零部件，满足催化器总成的性能[4]、可靠性要求。

1  甲醇发动机开发的输入条件

1.1 甲醇发动机的开发输入条件见表1

1.2 甲醇发动机开发的技术要求

①满足<GB17691-2018 重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）>中天然气的排放标准，分别满足 6.3 发动机标准循环排放限制和 6.4 非标准循环排放要求。满足未燃甲醇和未燃甲醛≤20mg/（kW.h）的标准。

②非常规排放满足《八部委关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见（工信部联节〔2019〕61号）》中第十六条规定。

③振动耐久满足：试验完成后不得出现载体破碎、变形等失效模式;催化器不得出现破碎、脱焊、 变形等失效模式。试验方法参照：QC/T 631 4.8 条款。

④插入损失≥25dB。试验方法参照：QC/T 631 5.5 条款;排气背压≤20kPa。试验方法参照：QC/T 631 5.5 条款。

1.3 甲醇发动机催化器开发边界

根据整车排气空间结构，催化器本体空间需在：长×宽×高在510×320×485范围内布置。

2  催化器的方案设计、验证

2.1 催化器的载体、衬垫选型

①根据甲醇发动机的相关信息，确定催化器载体规格见表2。

②根据载体规格以及发动机输入信息，进行催化器衬垫选型，计算结果如图1所示。

衬垫选型说明：催化剂入口最高进气温度为582℃，TWC的背压为5kPa，TWC的载体涂覆后载体的质量为3kg，振动加速度为20g，根据计算所得衬垫保持力在最小的GBD值在0.37大于安全系数大于1.2，且最大GBD值在0.43时新鲜态的衬垫压强在609kPa，远小于载体的抗压强度3000kPa，所以这个情况下的GBD值是安全的。同时考虑到甲醇发动机不成熟性，会偶发产生后燃现象，所以在载体的进出气口位置增加了金属丝网与挡圈固定，从而保证催化剂在100kPa的背压下，载体不滑移。衬垫在选型的同时，也考虑内筒体的材质选择及热膨胀系数（因箱式结构，内筒体的内壁温度与外壁温度与进气温度接近，均很高）。

最后确定衬垫规格PC-max2000i-1688g/m2。

③根据发动机输入边界、流量等信息，进行催化器结构方案设计，并进行设计分析：

1）结构方案设计说明：由于整体设计空间所限，整个箱体只能布置在长×宽×高在510×320×485的空间内，经计算，整个箱体的体积约为75L，与发动机的排量比值为5.7倍。而查阅资料所得，一般消声器的体积与排量比为6～8倍。为了插入损失可以满足设计要求，所以尽可能充分的利用腔体，让气流在腔体中呈“U”型结构。所以进气腔体放在第一个消声腔处。考虑到气体在连接管进入到腔体后需要充分的分布，才可以满足均匀性的要求，所以第一腔体的长度不得设计的太短，根据分析所得，长度在100mm处可满足均匀性的设计要求。尾气流经催化剂后，催化反应后气体到达第三腔体，由于后隔板中开了6个孔，方便气体流经第二腔体。同时气体通过出气管排入到大气中。前连接管与增压器的连接管路相连。发动机在运行中会产生振动，同时车架在行驶过程中，受到路面的各种工况也会产生振动，振动产生的力全部传递到进气管与箱体相连的焊缝处，为了考量焊缝满足设计要求，在此处增加了一个加强套。

2）材料的选择：其中与甲醇气体直接接触的材料，考虑到甲醇气体反应后会生产甲酸，甲酸会腐蚀金属。经验证，甲酸在高温下腐蚀SUS304、与441等材质较慢。所以进气管、出气消声管、进气法兰、氧传感器座质等材料选择SUS304，筒体、端盖、隔板、箱体、材料选择441，隔热罩支架、催化器支架、脖套等不与甲醇气体接解的材料选择SUH409L。

3）CFD、FEA的分析：分析参数：进气流量18.9kg/min，进气温度585℃，增压器出口处背压设定为18kPa。分析工具：前处理：CATIA，ANSA 15.1.0;求解器：Fluent 14.5;后处理：Fluent 14.5。

CFD分析流线图：载体1流线图见图2，载体2流线图见图3。

均匀性分析结果：载体1均匀性系数0.984;载体2均匀性系数0.986。满足均匀性设计目标要求：UI≥0.95。

FEA分析结果示意图（因篇幅问题，不详细表达）及結论：LCF分析结果示意见图4，HCF分析结果示意见图5，温度分布见图6，材料分布见图7。

分析结论：从路面载荷g-load分析结果可看出，各方向在HCF、LCF载荷下的疲劳系数满足设计要求。

从热力耦合分析结果显示，结构最高温度607℃，在进气口区域;最大等效塑性应变增量为0.8%，满足设计要求（<1%）。

根据分析结果初步确定催化器结构方案。

2.2 样件的制作以及性能、进行相关验证

根据催化器的结构方案进行样件的制作，完成样品样件的制作，进行下一步相关验证。催化器总成主要完成的试验：

①催化器总成的背压试验——结果18kPa，满足要求。

②催化器总成的插入损失试验——结果23dB，满足要求。

③催化器总成的盐雾试验、压力脉冲试验、冷热冲击试验、弯矩试验等，结果均满足试验要求。

④催化器总成的发动机台架性能试验——结果满足满足：<GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）>中天然气的排放标准（因主机客户基于数据保密，具体试验数据未提供）。

⑤催化器总成的试验台热振动耐久试验，具体如下：振动台试验条件：进气温度700℃，流量420kg/h。进行阶梯振动，1）第一阶段，10g@100Hz振动3h;2）第二阶段，15g@100Hz振动3h;3）第三阶段，16g@100Hz振动3h;4）第四阶段，18g@100Hz振动3h;5）第五阶段，20g@100Hz振动3h。

试验照片及结论：图8为催化器在振动台振动试验，图9为载体封装后推力试验。

振动台热振动实验结论：试验后，经检查、分析催化器封装结构无开裂、脱焊、变形等问题;催化剂载体无脱落、破碎等问题，满足可靠性试验要求。

⑥整车道路试验除了常规的一般公路路面，同时还增加强化路的试验。

2.3 甲醇发动机评价的标准

①以整机性能指标、可靠性等指标为导向;②整车道路试验、市场整车运行情况;③借鉴传统燃料试验方法;④不断积累数据作为甲醇发动机试验开发的评价标准。

3  实验结论

①综合催化器总成相关试验、发动机台架试验以及整车道路试验等结果，确定催化器总成的设计满足要求，可以进行小批量生产。②在甲醇催化器结构设计过程中，把筒体材质选择（重点考虑热膨胀、腐蚀等问题）、衬垫的选择（筒体热膨胀系数要考虑进去）作为重点。其它结构强度、均匀性也是非常重要。③目前产品已进入批量生产供货状态，社会反馈良好。

参考文献：

[1]热振动试验参考FOSO企业标准ES-W19001催化转化器消声器相关技术条件和试验方法.

[2]排气背压、插入损失：QC/T 631-2009汽车排气消声器总成技术条件和试验方法.

[3]不锈钢和耐热钢牌号及化学成分GB/T20878-2007中S11873.

[4]性能试验：GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）.

作者：沈彬 王勇

催化器结构设计论文 篇2：

关于某车型发动机悬置的优化设计

摘要：橡胶悬置在设计开发时不仅需保证其在使用中受到复杂应力达到疲劳耐久性能的要求，还需考虑温度对悬置使用寿命的影响。某车型年度改款的新发动机的三元催化器与左侧发动机悬置距离较近，悬置隔振元件使用的就是橡胶材料，三元催化器表面高温辐射容易导致橡胶老化开裂。本文针对此发动机悬置结构进行自带隔热罩的设计优化，并通过道路试验结果验证悬置结构设计优化的正确性，可以降低悬置橡胶表面温度，避免悬置橡胶老化开裂的风险，延长发动机悬置的使用寿命。

关键词：悬置;温度;隔热罩;优化设计

Key words： mounting;temperature;heat shield;optimization design;

0  引言

发动机悬置系统作为连接发动机与整车的弹性部件，作用有以下几个方面：固定和支撑动力总成;限制位移-发动机在受到各种干扰力（如制动、加速、承受着动力总成的质量或其它动载荷）作用的情况下，悬置应能有效的限制其最大位移，以避免发生与相邻零件的碰撞与干涉，确保发动机能正常工作;承受动力总成内部因发动机旋转和平移质量产生的往复惯性力及力矩;承受汽车行驶过程（加减速、转弯等工况）中作用于动力总成上的一切动态力;隔离由动力总成振动向车身的传递、衰减由于路面不平以及车轮所受路面冲击而引起的车身振动向动力总成的传递。因此，悬置作为汽车的关键连接构件，不仅要提供良好的隔振性能，而且要满足安全性和耐久性等要求。尤其对于悬置结构中起隔振作用的橡胶减振件，保证悬置的疲劳耐久性能在悬置设计开发中显得尤为重要。

橡胶悬置在设计开发时不仅需保证其在使用中受到压缩、剪切等大变形复杂应力达到疲劳耐久性能要求，温度对橡胶悬置的影响是显而易见的，还有必要考虑温度对于悬置材料的影响。某车型的车身采用承载式车身结构，动力总成前置后驱，设计采用较为成熟的左、右发动机侧及变速器侧的三点悬置布置型式，均为橡胶悬置，针对其中新配置的发动机的三元催化器与左侧发动机悬置距离较近，三元催化器表面高温辐射容易导致橡胶老化开裂的问题，本文针对此问发动机悬置结构进行自带隔热罩的设计优化，并通过道路試验结果验证悬置结构设计优化的正确性，可以降低悬置橡胶表面温度，延长发动机悬置的使用寿命，使问题得到明显改善。

1  悬置受热辐射情况

一般常识而言，材料温度越高越容易疲劳受损失效。其中与Ar—rhenius经验公式得到的结论一致[1]，公式为

t₁/t₂=e（Ea/k（1/T₁-1/T₂））            （1）

式中：t1、t2为材料寿命;Ea为材料的活化能;k为波尔兹曼常数;T1、T2为材料的温度。由公式（1）可以看出材料的温度越高，其使用寿命越短。而目前悬置常用的材料基本上是天然橡胶。大量的实际使用情况表明，温度越高，天然橡胶的疲劳寿命越短，在使用过程中更容易出现裂纹，导致提前失效。因此，为了提高悬置的疲劳寿命，确保不会提前失效，需要尽量降低零件温度。某车型悬置所用橡胶隔振元件根据试验验证及相关标准，要求最好能降低到80℃以下。

在此车型上与连接发动机的悬置安装在发动机左右两侧，发动机的三元催化器与左侧的发动机悬置距离较近，三元催化器表面高温辐射容易导致悬置隔振元件使用的橡胶老化开裂，如图1所示。

2  悬置路试温度测量

对某车型悬置在极端受热工况下进行表面温度测量，按如下试验要求：环境温度>=32℃;满载;空调制冷开（最大）;上长陡坡山路;司机凭借经验和实际情况，按正常上坡档位及车速上到坡顶;怠速2分钟， 熄火发动机15分钟;1档全油门上到坡顶，怠速2分钟， 熄火发动机15分钟;全程记录环境温度、时速、温度等数据，记录间隔为每30秒记录一次环境温度、三催表面温度及悬置表面温度数据。

图2为测量的三元催化器和传感器布点示意图。

测量结果如图3所示，在32-35℃的环境温度下，悬置极端受热工况，驾驶员实际情况上坡工况下，胶合件表面温度都是熄火后达最高之后才下降，最高温度达到88.7℃;而1档全油门上坡工况最高温度达到95.4℃，该温度已经超过胶合件的最高承受温度80℃，若在此温度的长期辐射下，胶合件的老化速度将大大加快。

3  悬置结构优化

左发动机侧悬置上骨架表面结构优化，通过增加一个隔热罩，减少悬置橡胶表面受三元催化器的辐射热，降低悬置橡胶表面温度。

图4左侧为悬置及隔热罩安装结构，发动机侧悬置2通过连接紧固件连接到前轴焊合件3上;悬置隔热罩4安装在发动机侧悬置2上面，实现减少悬置橡胶表面受三元催化器的辐射热的功能;悬置支架5与隔热罩表面接触并通过紧固件与发动机侧悬置2连接。

图4右侧为带隔热罩的发动机悬置详图，悬置由上骨架3、下骨架1及隔振橡胶块2、连接螺栓5、定位销6组成，连接螺栓5与定位销用于悬置支架安装，悬置隔熱罩4安装在上骨架3上，靠近三元催化器侧的悬置橡胶2将减少受三催的辐射热，从而达到降低悬置橡胶2表面温度的功能。隔热罩4由三层结构组成，外两层均为铝钢板，中间层为隔热复合涂层，图中隔热罩只在靠近三元催化器侧的橡胶表面增加，另一面橡胶表面无隔热罩，因为距离三元催化器较远的另一侧橡胶表面受三催辐射影响不大无需增加隔热罩，这样只增加一边隔热罩还可以减低零件质量，减少成本。

4  试验验证

根据优化结果方案实施后，按同样的悬置极端受热工况要求（详见2悬置路试温度测量）进行试验，图5为测量的三元催化器和传感器布点示意图。

测量结果如图6所示，在32-35℃的环境温度，悬置极端受热工况下，驾驶员实际情况上坡工况下，胶合件表面温度都是熄火后达最高之后才下降，最高温度达到72.7℃;而1档全油门上坡工况最高温度达到75.3℃，表面优化设计结构后有效降低悬置橡胶表面温度到耐久温度80℃以下，避免悬置橡胶受高温辐射而老化开裂。

5  结论

通过悬置结构优化设计，再经过实际车辆道路试验，从测量结果看在正常车辆行驶时和在一档全油门爬坡的极端工况带隔热罩悬置的橡胶表面温度有效减低，改善明显。因此，该优化方案具有可行性及一定的设计指导意义。

参考文献：

[1]闫怀义.Arrhenius经验公式的推导及Ea的本质[J].绍兴文理学院学报，2010（8）.

[2]上官文斌.汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命实测与预测方法[J].机械工程学报，2014，12（50）.

[3]李华，陈鸿明.变速器后悬置热性能研究[J].上海汽车，2018，01.

作者：杨武森　杨玉玲　覃臻

催化器结构设计论文 篇3：

柴油机Urea_SCR混合器的设计选型分析

摘要：基于我国对柴油机尾气第六阶段排放标准的限值和终端顾客的用车要求，提出对Urea  SCR混合器的理论开发目标，通过对逐个开发目标的展开分析与讨论识别出混合器选型设计的关键特性，进而从Urea  SCR混合器的结构设计、材质定义、功能要求（包括压降、流速均匀性、氨分布均匀性、抗结晶能力等）等方面进行初始设计选型，在计算机模拟仿真与分析的辅助下，不断优化设计结构并最终得出最佳设计理论方案。

關键词：柴油机;氮氧化物;Urea_SCR;混合器;选型

Key words： diesel engine;NOx;Urea  SCR;mixer;selection

0  引言

常见的柴油发动机尾气中的主要排放污染物是氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM），其中氮氧化物占汽车排放总量的69.2%以上，是机动车氮氧化物排放的主要“贡献者”。

为了有效抑制大气环境的继续恶化，我国政府制定了严格的柴油机尾气排放限值要求。2001年，国家标准局正式颁布了GB17691-2001《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》，这就是大名鼎鼎的“国一”。2003年环保总局又发布国家第二阶段机动车排放标准的公告，到了2007年，国三阶段柴油机开始了电喷时代——高压共轨的大门。在技术上来看，此时的柴油发动机设计技术并没有多大改变，通过优化内部燃烧或高压共轨就能达到法规排放限值，由此可见之前的柴油机排放是十分恶劣的。国四直到2014年才开启，也是从那一刻起，柴油机的后处理时代来了，技术路线主要有EGR+DOC+POC、EGR+DPF或SCR等等。2017年，全面执行国五！与国四相比后处理系统采用SCR技术路线就更加普遍了，其中原因就是动力性和经济性。2018年6月22日生态环境部发布了《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》并要求于2021年7月1日全面执行。（表1）

从排放标准内容对比看，第六阶段排放标准对氮氧化物排放限值较国五阶段加严了80%左右，而发动机尾气中的氮氧化物的净化主要依靠后处理系统的选择性催化还原催化器（Selective Catalytic Reduction，简写SCR），其工作原理在于：根据柴油发动机实时运行工况，SCR系统控制器通过精准计算并驱动执行器将适量的尿素水溶液（浓度32.5%）喷射到排气管中，在发动机尾气温度作用下，尿素水溶液快速水解为氨气（NH3），在Urea_SCR混合器作用下与排气尾气充分混合均匀，基于SCR催化剂将尾气中的氮氧化物还原成氮气（N2）排出，具体化学反应公式如下：

由工作原理可知，在柴油机后处理系统正常工作的前提下，Urea_SCR混合器的选型直接决定着SCR催化剂还原反应的转化效率。本文主要就是基于国六阶段对柴油机尾气排放的限值，提出对Urea_SCR混合器（Mixer）选型分析并基于计算机模拟仿真验证和优化分析的一般方法。

1  Urea_SCR混合器开发目标

国六阶段的柴油机后处理系统中的催化器主要由催化氧化器（DOC）、颗粒捕捉器（DPF）、选择性催化还原器（SCR）和消氨催化器（ASC）组成，其中消氨催化器（ASC）常集成在SCR催化器中， Urea_SCR混合器（Mixer）作为SCR系统中重要组成部分，布置其前端，如图1所示。

国家第六阶段排放法规明确规定了柴油机尾气中氮氧化物的排放限值为0.4g/kWh（WHSC循环）和0.46g/kWh（WHTC循环），同时规定了氨（NH3）泄漏量不得超过10ppm，另外结合实际应用、整车用户使用需求和经济性指标，Urea_SCR混合器开发还需要关注针对尿素的抗结晶性能、材质耐尿素腐蚀性能和产品压降。为确保上述性能，归纳出具体的混合器开发指标如表2所示。

为了达到混合器的上述功能指标，实现柴油机尾气中的氮氧化物净化需求和车辆实际使用需要，设计出一款关键特性均能达标的Urea_SCR混合器（Mixer）就尤为重要。

2  结构设计与材质选型

Urea_SCR混合器根据在尾气后处理系统中的布置边界和系统集成要求，可分为常规混合器和高效混合器，常规混合器主要应用于整车布置空间较为宽裕，可利用排气管作为SCR部分混合腔提高混合均匀性的后处理系统中，常见于国四、国五阶段SCR后处理系统中;而高效混合器多应用于整车布置空间较为紧凑，仅能依靠混合器自身的结构优势或空间较狭小的排气管作为混合腔实现发动机尾气与尿素水解后的氨气混合均匀，常应用于国六阶段SCR后处理系统中，如图2所示。

从工作原理来看，常规混合器相对简单，其主要是让排气管中的发动机尾气在经过混合器时产生沿着轴线旋转涡流，然后排放尾气在涡流的作用下与尿素水解的氨气在混合腔中充分混合均匀通过SCR催化剂，在一定的排气温度下实现尾气中氮氧化物的还原反应成为氨气排出;而高效混合器就较为复杂，不仅要实现排气管中发动机尾气产生涡流，而且要改变气流方向，如：由单一的轴向直线运动转化为轴向旋转，再由轴向旋转转化为轴向直线运动，实现尾气与尿素水解的氨气的高效混合，同时为防止尿素结晶，高效混合器一般带有尿素破碎设计。目前，常规混合器和高效混合器常见的结构形式主要有以下几种，如图3所示。

在混合器的材质选型上，目前思路较为统一，主要是因为混合器的应用环境。在后处理系统中，混合器作为直接接触尿素水溶液的部件，不得不考虑其耐尿素腐蚀性，同时混合器一般结构较为复杂，对成型性要求较高，尤其是国六阶段的混合器，再结合产品成本的考虑，所以目前常选用的材质主要有：304不锈钢、441不锈钢、436或436L不锈钢、904不锈钢等，具体的材质参数对比如表3所示。

Urea_SCR混合器的结构设计形式多式多样，材质定义也是各有不同，不同的后处理厂家会根据所选用的尿素喷射系统产品特性、应用场景以及顾客的特定需求开发不同的结构和定义材质以实现最佳匹配。

3  CFD分析与优化

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是研究Urea_SCR混合器性能最为常用的方法。本文将针对某型四缸国六柴油机（排量：2.8L）后处理的一款高效混合器（见图4，代号为A，材质：441不锈钢）进行模拟分析，分别从混合器的压降、流场均匀性、氨分布均匀性、抗尿素结晶能力等方面评估混合器的性能并实现最优化设计。

基于三维模型运用ANSYS FLUENT软件，结合该型柴油机工况信息和后处理系统的基本配置参数作为分析边界和计算域对Urea-SCR混合器性能进行模拟分析，如表4所示。

3.1 混合器压降分析

发动机排气系统压降直接决定着其动力性和燃油经济性。当排气背压过大时，将会导致排气阻力增加，排气速率下降，最终会导致发动机燃烧效率降低，燃油经济性变差，同时发动机的动力性能将会下降，高效混合器作为催化器重要组成部分，其结构较为复杂，一般压降占比高，所以其压降分析是后处理压降控制的重要环节。

根据发动机的额定点废气流量和排温参数，对该A型Urea  SCR混合器及所配套的后处理催化器进行CFD压降分析，如图5所示。在额定点工况下混合器的压降为7.11kPa，后处理器压降为26.23kPa，满足定义的30kPa工程目标要求。

3.2 流场均匀性分析

流场均匀性分析是模拟分析进入催化剂的尾气截面速度是否均匀，只有均匀性达到一定要求后，才能确保尾气与催化剂充分接触，提升催化剂对尾气中的有毒有害气体的净化效率。选取发动机的额定点废气流量和排温参数下对该A型Urea  SCR混合器及所配套的后处理催化器进行CFD流场均匀性分析，如图6所示。设置有高效混合器的SCR在额定点工况下进气端面的流场均匀性能够达到97%，满足表3定义的工程目标要求。

3.3 氨分布均匀性分析

在SCR系统的控制下要想排气尾气中的氮氧化物得到充分净化，不仅需要排气流程均匀，而且还要确保排气尾气与水解后的氨气充分混合均匀，所以Urea  SCR混合器作用下的氨分布是一个重要的考核指标。

在额定工况点和低温工况点下，基于废气流量和排温参数对该A型Urea-SCR混合器及所配套的后处理催化器进行CFD氨均匀性分析，如图7所示。设置有高效混合器的SCR在额定点工况下进气端面的流场均匀性能够达到96.9%，在低温工况下进气端面的流场均匀性能够达到98.7%，满足表3定义的工程目标要求。

3.4 抗结晶能力分析

柴油机SCR系统所用的尿素水溶液浓度为32.5%，纯正的尿素是白色固体，所以当溶液中水在高温蒸发以后，尿素必然会产生结晶。为了防止SCR尿素喷射系统喷入到排气管的尿素水溶液产生结晶，需要想办法以最快的速度实现尿素水溶液水解为氨气，这样就要求喷入到排气管中的尿素水溶液雾化效果好同时尿素粒径越小越好，这样便于水解反应的快速发生。对于Urea  SCR混合器来说，作为直接接触尿素水溶液的重要部件，抗结晶能力是一个重要的考核指标。

为了验证Urea-SCR混合器抗结晶能力，一般选取发动机额定工况和低温工况对混合器进行CFD分析，主要考核混合器表面的尿素液膜厚度，一般设置指标为液膜厚度≤1*10-5m。对于该A型高效混合器及所配套的后处理催化器进行CFD抗结晶性能分析，如图8所示，可见在额定点工况下混合器表面液膜厚度为9.3*10-6m，在低温工况下混合器表面液膜厚度为2.6*10-14m，均能满足工程指标要求。

4  结论

本文通过结合法规与整车使用要求识别混合器的开发指标与关键特性，继而提出一套混合器设计选型的方法，为今后柴油机后处理系统中Urea  SCR混合器的开发设计指明一条切实有效的工作方向。

参考文献：

[1]Cho Y S， Lee S， Choi W C， et al. Urea-SCR system optimization with various combinations of mixer types and decomposition pipe lengths[J]. International Journal of Automotive Technology，2014，15（5）：723-731.

[2]NOVAI， TRONCONIE. Urea-SCR technology for deNOx after treatment of diesel exhausts[M].New York：Springer，2014：221-232.

[3]Park K， Hong C-H， Oh S， et al. Numerical Prediction on the Influence of Mixer on the Performance of Urea-SCR System[J]. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering，2014（8）：972-978.

[4]Dewen，盧凯.柴油机Urea-SCR系统模拟与其混合器结构设计[J].内燃机与配件，2019（23）：9-10.

[5]谭理刚，冯鹏飞，杨树宝，等.基于CFD的Urea-SCR混合器性能研究[J].内燃机工程，2018，39（4）：61-66.

[6]董善举，王楠.SCR后处理用不锈钢耐尿素高温循环腐蚀性能的研究[J].汽车工艺与材料，2017（5）：41-44.

[7]刘军，王明远，周磊，等.基于优化尿素液滴蒸发特性的SCR混合器[J].内燃机学报，2018，36（4）：332-337.

[8]江涛，范皖元，宋长青.后处理结构对柴油车尿素结晶的影响[J].汽车工程学报，2019，9（3）：221-226.

[9]吕祎强.柴油机Urea-SCR混合器的设计与结构优化[J].机电设备与仪器仪表，2019（5）：41-44.

作者：宋志良