CeO_(2)/ZrO_(2)对Cu-ZSM-5选择性催化还原NOx的反应活性及抗老化性能的影响

采用浸渍法分别将CeO_(2)、ZrO_(2)负载于Cu-ZSM-5催化剂中,通过催化剂活性评价系统研究了CeO_(2)、ZrO_(2)负载量对整体式Cu-ZSM-5催化剂NOx转化率的影响规律,并采用NO-TPD方法分析了催化剂表面的NOx吸附能力.此外,利用FT-IR和SEM技术探究了催化剂样品的抗老化能力.结果表明,添加CeO_(2)或ZrO_(2)有利于提升整体式Cu-ZSM-5催化剂NOx转化率,其中8%CeO_(2)/Cu-ZSM-5在150~550℃温度范围内NO_(x)转化率最高,但此催化剂表面晶粒在高温下易发生团簇,导致催化剂老化,催化活性下降.ZrO_(2)的添加可以有效稳固表面晶粒,进而改善催化剂的抗老化性能.

非对称孔结构载体对DPF及柴油机性能的影响研究

运用GT-Power建立柴油机整机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particle filter,DPF)的模型,研究非对称孔道结构DPF的压降特性及其对柴油机整机性能的影响。研究结果表明:随着进/出口孔道比例增加,碳烟容量增大,DPF压降降低,但过度增大进/出口孔道比例会使出口孔径过小而造成压降升高;柴油机加装洁净DPF时,柴油机各项性能指标随进/出口比例增加而降低,但随着DPF碳烟和灰分沉积量的增加,柴油机各项性能指标随进/出口比例增加均有所改善。DPF进/出口孔道比例为1.3时,柴油机综合性能最佳。

高原环境下增压柴油机耦合DPF的性能仿真

基于GT-Power建立带柴油机颗粒捕集器(DPF)的增压柴油机一维仿真模型,研究了DPF在不同海拔下对增压柴油机动力性、经济性及排放特性的影响,同时研究了不同海拔下DPF的工作特性,并采用3种不同型式的载体进行了仿真对比.结果表明:高原环境对增压柴油机低转速工况性能影响较小;高原环境下,增压柴油机中、高转速的动力性、经济性下降明显;中、高转速工况下,随着海拔升高,增压柴油机碳烟和CO排放均增加,NOx排放降低;不同海拔下,DPF对增压柴油机动力性、经济性影响较小,海拔为0 km与4 km条件下DPF对增压柴油机原始排放均影响较大;DPF压降随海拔上升而增加,高原环境对低转速工况下DPF捕集效率影响较小,中、高转速工况下,DPF捕集效率随海拔上升而增加;不同型式载体的DPF工作特性随海拔变化的表现具有一致性,高目数和非对称结构载体有利于降低DPF压降和增大载体容灰量.

灰分对柴油机颗粒物捕集器性能的影响

为了降低灰分对柴油机颗粒物捕集器(DPF)性能的影响,建立了DPF灰分和碳烟的数学模型,研究了灰分量、碳载量和灰分分布形态等多个因素对多种DPF性能的影响.结果表明:非对称孔结构(ACT)DPF增加了进/出口孔径比例有利于降低压降,但不利于捕集效率的提高;碳烟层的捕集效率高于灰分层,对称结构捕集效率高于ACT结构,低孔隙率捕集效率高于高孔隙率;灰分分布系数增加,DPF压降和捕集效率均上升,灰分分布系数对ACT结构DPF的影响小于对称结构;ACT结构有利于提升DPF容灰能力,延长清灰周期,提高经济性.

增压方式对柴油机高原环境下工作特性影响的数值模拟

以一台高压共轨重型柴油机为研究机型,构建了一维热力学模型,首先对比研究了单级增压(single-stage turbocharger,1TC)和二级增压(two-stage turbocharger,2TC)对柴油机变海拔条件下工作特性的影响;然后将2TC的高压级更换为可变截面涡轮增压器,在4 km海拔条件下,分析了叶片开度对柴油机性能的影响。结果表明:相较于1TC,2TC可进一步提高柴油机对海拔变化的适应性,特别是在低转速工况下效果更加明显。低转速工况时,可变二级增压柴油机叶片开度在40%~70%转矩最大,有效热效率最高,有效燃油消耗率最低;随着转速升高,增大叶片开度可降低排气背压,减少缸内残余废气,提高增压器效率,NO x排放减少,有效燃油消耗率降低;低转速时传热损失率随叶片开度增加先减小后增加,中高转速时传热损失随叶片开度增大而下降。

不同材料CDPF的高温极限被动再生特性

基于D30TCI柴油机搭建带氧化催化器(DOC)+催化型柴油机颗粒物捕集器(CDPF)的试验台架,进行了堇青石和碳化硅(SiC)CDPF再生平衡点温度试验,对比了两种材料CDPF在不同碳载量下的高温极限被动再生特性.结果表明:SiC CDPF再生平衡点温度低于堇青石CDPF,低温被动再生特性更优.高温极限被动再生过程中,两种载体温度在轴向上呈两端低、中间高,径向上呈中心高、边缘低的趋势;SiC CDPF内圈与外圈温差较大,堇青石CDPF内部温度分布更加均匀;再生前碳载量增加,两种载体再生的碳载量增加,但再生效率反而下降;各碳载量下堇青石CDPF的再生效率、最高再生温度、最大温度升高速率均大于SiC CDPF,但再生最大温度梯度低于SiC CDPF.

灰分及载体结构对DPF内部流场及压降特性的影响

为加装DOC+DPF的D30TCI柴油机搭建试验台架,进行了两种不同结构载体的压降特性试验。建立柴油机颗粒物捕集器(DPF)计算模型,研究了灰分分布系数对DPF压降和捕集特性的影响,并优化了非对称孔载体进/出口孔径比例。运用离散相模型模拟了灰分沉积和载体结构对DPF孔道内部气流运动和微粒沉积特性的影响。结果表明:DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增大而升高,非对称孔结构载体进/出口孔径比例存在一个最佳范围(1.25~1.35)使DPF压降和捕集特性达到最优;沿DPF轴向方向,进口孔道内气流速度先升后降,出口孔道内气流速度则逐渐升高,非对称孔结构DPF的进/出口速度均高于对称孔结构;灰分累积会加剧DPF孔道内速度的变化,孔道中心处速度最高,越靠近壁面速度越低;微粒在DPF孔道内呈现后端多而前端少的不均匀分布;与非对称孔结构相比,对称孔结构DPF捕集到的颗粒数更少,而颗粒浓度分布更不均匀,但灰分累积可提高微粒分布的均匀性。

灰分沉积对不同结构CDPF再生特性的影响

对某高压共轨柴油机的催化型颗粒物捕集器(CDPF)进行台架试验,研究了两种不同结构的CDPF对发动机性能的影响和不同碳载量下CDPF的压降特性。通过建立三维CDPF热力学模型,分析了灰分量和灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:CDPF会使柴油机动力性、经济性略有下降,但非对称结构CDPF可有效降低载体对柴油机性能的影响;CDPF压降会随载体孔道内碳烟累积量的增大而升高,非对称结构CDPF可有效减小CDPF压降,且随着碳载量增加,非对称结构的优势更加明显。灰分沉积有利于降低载体向环境传热的导热率,提高载体热容量,有利于碳烟的氧化再生;CDPF再生过程中载体的温度呈边缘低中心高、前端低后端高的分布规律。灰分分布系数对碳烟氧化速率影响较小,载体结构、灰分量和灰分分布系数对CDPF最大再生温度梯度影响也不大。

国六柴油机颗粒物捕集器在工程应用中的关键问题分析

通过分析国六排放法规,并结合对OEM(Original Equipment Manufacturer)市场国六后处理技术的开发以及我国的特殊地理环境,总结了国六柴油机颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)开发的重点、难点问题。综合来看,开发高目数、薄壁、非对称孔道结构及高强度的DPF载体是国六柴油机面临的关键问题。同时,DPF的高原捕集再生特性也是值得深入研究的核心问题。新一代国六DPF主要面临以下技术难题:(1)DPF压降与捕集效率的折衷关系,尤其是对颗粒物数量(Particle Numbers,PN)的捕集效率需要在99%以上。(2)DPF的捕集再生特性决定了其作为流-固-热多场耦合装置需要与控制策略协同优化,才能避免DPF爆燃现象的发生,提高载体可靠性和耐久性。(3)高原地区低压、低氧的特殊环境导致发动机原排PM/PN较高,同时颗粒物理化特性变化较大,且山路驾驶工况复杂多变,对DPF的高效捕集再生及可靠性要求提出了更大挑战。

柴油机DPF压降及噪声特性分析

为探究发动机运行过程中DPF压降和噪声特性,本文中通过建立加装DPF的一维整机仿真模型,分析载体结构、碳载量、灰分量等因素对DPF性能的影响。结果表明:载体圆径尺寸越小,DPF压降越大,但噪声量相对减少,而载体长度对压降和噪声的影响甚微;碳载量越大,DPF排气端噪声越小;碳载量在4 g/L范围内时,深层过滤压降占DPF压降主导地位;碳载量超过4 g/L,碳烟层压降逐渐占据主导;灰分量与灰分分布系数大小对DPF压降和排气噪声影响效果相似,随其数值增长,压降增大,对噪声衰减能力增强。通过揭示载体尺寸、碳载量和灰分等因素对DPF压降及排气噪声特性的影响规律,为减少压降损失、降低排气噪声的DPF结构设计提供参考。

灰分分布系数对柴油机性能的影响研究

通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的一维热力学仿真模型,研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响,并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响。结果表明:炭载量为6 g/L,灰分量为33 g/L时,DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升;随着灰分分布系数增大,柴油机转矩、缸内最最高燃烧压力及氮氧化物排放量均下降,碳烟排放量升高;灰分分布系数增加,柴油机有效燃油消耗率增加,DPF再生频率增加,包含柴油机热效率和DPF再生效率的柴油机系统热效率降低。单一地依靠DPF压降对主动再生时刻进行判定误差较大,且误差会随灰分量的增加呈现类指数增大。

燃烧器喷雾参数对DPF主动再生的影响

通过搭建柴油机后处理试验台架,分析了不同碳载量下燃烧器再生与喷油助燃氧化再生时的柴油氧化催化器(DOC)与柴油机颗粒捕集器(DPF)内部温度场,研究了不同再生方式在不同碳载量下的再生特点.并运用计算流体动力学(CFD)软件建立了燃烧器数值仿真模型,分别研究了补气量、喷油量、喷油锥角和喷油压力对燃烧的影响规律以及对出口温度、速度均匀性和压降的影响.结果表明:在相同碳载量下,采用燃烧器再生的再生效率高于喷油助燃氧化再生.碳载量为6 g/L时的燃烧器再生,其整个DPF内部温度梯度高于碳载量为4 g/L时的再生.补气量为0.010 kg/s、喷油量为0.0010 kg/s、喷油锥角为60°且喷油压力为1500kPa时,有最低的点火延时与最优的点火稳定性,且可加快升温速度,其燃烧器出口温度、速度均匀性较好.