国六柴油机轨压和喷油正时对柴油机性能的影响

为优化柴油机性能,基于一台配备了完整国Ⅵ后处理系统的高压共轨直列4缸柴油机,开展了柴油机负荷特性研究,在此基础上研究轨压和喷油正时对柴油机性能的影响。研究结果表明:以适当较小的轨压配合较为提前的喷油正时可以达到较为理想的柴油机油耗及排放;轨压和喷油正时对HC排放的影响较小;轨压对柴油机油耗、排温、NOx排放、CO排放的影响较大,且在中等偏高负荷时更为敏感,随着轨压增加了57 MPa,柴油机油耗、排温分别下降了16.1 g/(kW·h)、63℃,NOx排放上升了663×10^(-6),CO排放下降了785×10^(-6);喷油正时对烟度及柴油机氧化催化器前端温度T4、柴油机颗粒捕集器前端温度T5、选择性催化还原系统前端温度T6的影响较大,且在低负荷时更为敏感。随着喷油正时提前6.0°,烟度下降了0.43%,T4、T5、T6峰值出现在轨压为76 MPa且喷油正时为上止点前7.5°时,温度分别为315.3、338.4、329.3℃。

基于NSGA-Ⅱ与RBF神经网络的DPF结构参数优化

为降低某型号柴油机颗粒捕集器(DPF)在运行过程中的流动阻力,并使其保持较高的捕集效率。采用试验设计方法抽取代表性样本集,并分析影响因素对DPF捕集性能影响的显著性。利用径向基函数(RBF)神经网络构建所选变量与目标函数映射关系代理模型,并结合第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与结合熵权的优劣解距离排序法(TOPSIS)得到关于目标函数的一组最优解。结果表明:该型号DPF平均压降降低了14.58%,且DPF平均捕集效率保持99%以上。

不同海拔下柴油机氧化催化器与选择性催化还原系统对柴油机性能与排放的影响

基于柴油机高原试验台架,在80 kPa、90 kPa、100 kPa大气压力下进行了柴油机外特性试验,研究了不同海拔下加装柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)与选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统对柴油机的进排气参数、动力性、经济性、燃烧性能及排放特性的影响。研究结果表明,加装DOC+SCR会使进气流量下降,排气背压升高,功率和转矩下降,油耗升高,排气温度升高,排气流量下降,而HC、CO、NO_(x)与碳烟等污染物排放显著下降。不同海拔下加装DOC+SCR的影响程度也有所差异,尤其是对排气温度、排气背压、有效燃油消耗率与SCR转化效率的影响最为显著。加装DOC+SCR后,80 kPa、90 kPa、100 kPa下的排气温度分别平均升高7.35%、7.21%、7.11%;排气背压分别平均升高28.02%、27.08%、26.81%;有效燃油消耗率分别平均升高1.64%、2.87%、2.94%;外特性工况下SCR最大转化效率分别为88.86%、86.11%、84.76%。

不同大气压力下进/排气节流对SCR性能的影响

为研究进/排气节流对柴油机性能和选择性催化还原(SCR)转化效率的影响,以高压共轨柴油机和氧化催化器(DOC)及SCR组成的后处理系统为研究对象,研究了大气压力为80、90和100 kPa下进/排气节流对柴油机有效燃油消耗率、SCR入口温度和SCR转化效率的影响.结果表明:不同大气压力下,采用进气节流和排气节流均能提高SCR入口温度和改善SCR转化效率,但会导致经济性恶化;进/排气节流程度相同时,进气节流提高SCR入口温度和改善SCR转化效率的效果更好,对经济性影响更小;随着大气压力降低,SCR转化效率增大.因此,综合考虑柴油机经济性和SCR转化效率,建议优先采用进气节流进行柴油机排气热管理;同时,随着大气压力降低,进气压降可适当减小,以提高高原环境下柴油机经济性.

排气温度、排气流量和海拔高度对SCR系统NO_(x)转化率和NH_(3)泄漏量的影响研究

为研究不同海拔下SCR系统性能,分别在80、90、100 k Pa大气压力下对一台满足国五排放标准的高压共轨柴油机进行性能与排放试验,以研究排气温度、排气流量和海拔变化对NO_(x)转化率和NH_(3)泄漏量的影响。结果表明:在排气流量为350 kg/h情况下,NO_(x)转化率随排气温度升高呈现先增后减的趋势,不同温度下NO_(x)转化率最大差值为43.4百分点;NH_(3)泄漏量随着温度的升高大体上呈下降趋势,不同温度下NH_(3)泄漏量最大差值为328×10^(-6);NO_(x)转化率随排气流量升高呈现先增后减的趋势,在250℃时,不同排气流量下NO_(x)转化效率最大相差21.5百分点;NH_(3)泄漏量随排气流量的增大而增加,在250℃时,不同排气流量下NH_(3)泄漏量最大差值为90.8×10^(-6)。相同工况下,海拔越高,NO_(x)转化率越高,NH_(3)泄漏量越小,大气压力为80和100 k Pa下NO_(x)转化率最大相差20.1百分点,NH_(3)泄漏量最大相差54.6×10^(-6)。

基于响应曲面法的柴油机SCR性能预测

针对柴油机选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)系统在不同工况下运行时性能差异较大,搭建了带SCR系统的柴油机测试台架,在对SCR系统性能测试的基础上,利用GT-POWER建立SCR系统模型,分析不同排气温度、不同排气流量、不同氨氮比对SCR性能的影响,并基于Box-Behnken设计与响应面法对柴油机SCR系统进行了研究,以排气温度、排气流量、氨氮比为变量因子,以NOX转化效率与NH3逃逸率为优化目标进行响应曲面优化。结果表明:排气温度对SCR性能影响较大,250~450℃为SCR最佳转化效率区间,NOX转化效率均在80%以上,NH3逃逸率均在5%以内;排气流量增加使NOX转化效率下降,NH3逃逸率上升,排气流量在200 kg/h以上尤为明显,排气流量每增加50 kg/h,NOX转化效率平均下降3%,NH3逃逸率平均增加4%;氨氮比增加使得NOX转化效率提升,同时NH3逃逸率增加,氨氮比在0.9以上能使NOX转化效率保持较高水平,氨氮比在0.9以下能保证较低的NH3逃逸率,氨氮比的选择尤为重要。根据响应曲面结果得出:不同的排气温度与排气流量配合不同氨氮比可提高NOX转化效率,降低NH3逃逸率,当排气温度为350℃,排气流量为200 kg/h,氨氮比为1.0时,SCR性能最佳,NOX转化效率达到96.4%,NH3逃逸率仅0.5%。该研究为SCR系统在柴油机不同工况下运行时的尿素控制提供有效的指导依据。

高原环境下进排气节流对柴油机性能的影响

为了研究高原环境下进排气节流对柴油机性能的影响,基于高原环境,对一台废气涡轮增压柴油机进行了台架试验,分别研究了进气节流和排气节流对柴油机进气量、燃烧、排气温度、排放、油耗的影响。结果表明:采用进气节流、排气节流均会使柴油机进气量降低,缸内最高压力降低,最大燃烧放热率增大,缸内燃烧温度上升,排气温度升高,排放增加,油耗上升。但随着转速的增加,进气节流与排气节流的影响趋势却有所差异。在柴油机转矩为50 N·m,转速为1400 r/min、1800 r/min、2200 r/min的3个工况下,进气压力降低25 kPa时,排气温度分别提升75℃、60℃、52℃,NO_(x)排放分别增加160×10^(-6)、140×10^(-6)、114×10^(-6),烟度分别增加0.079 FSN、0.062 FSN、0.052 FSN,比油耗分别增加4.4 g/(kW·h)、5.5 g/(kW·h)、7.4 g/(kW·h);而排气背压升高25 kPa,排气温度分别提升35℃、50℃、62℃,NO_(x)排放分别增加67×10^(-6)、102×10^(-6)、144×10^(-6),烟度分别增加0.037 FSN、0.033 FSN、0.022 FSN,比油耗分别增加9.4 g/(kW·h)、10.9 g/(kW·h)、13.3 g/(kW·h)。