DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响

对装有氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)和颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)后处理系统的柴油机进行台架试验,利用烟气分析仪(Testo 350XL)和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(TSI EEPS 3090)研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NO_(x))和颗粒物(particulate matter,PM)的变化规律.结果表明:负荷大于50.0%时,DOC后的NO_(2)体积分数φ(NO_(2))显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO_(2)体积分数φ(NO_(2)/NO_(x))随负荷增加而减小,DOC后和DPF后的φ(NO_(2))、φ(NO_(2)/NO_(x))随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%~30%,50.0%负荷下DOC的PM去除率最高,为26%;DPF的PM去除率超过90%,经过DPF后核态颗粒体积分数明显增加,聚集态颗粒体积分数明显减小.

DOC和金属DPF对柴油机排气中碳烟纳观结构特性的影响

开展了柴油机氧化催化器(DOC)和金属DPF对柴油机排气中碳烟纳观结构特性的影响研究。结果表明:原机排气中碳烟平均微晶长度(L_(p))随负荷的增加而增大,随转速的升高而减小;平均微晶层间距(D_(p))和平均微晶曲率(T_(p))的变化规律与L_(p)相反。经过DOC处理后,L_(p)增大,D_(p)和T_(p)减小;而它们的变化幅度均随负荷的增大而增大,随转速的升高而减小。金属DPF对碳烟3个纳观结构特性参数的影响均不大。原机排气中碳烟的L_(p)、D_(p)和T_(p)均与碳烟氧化反应表观活化能(E_(a))具有密切的相关性,其中,T_(p)与E_(a)的决定系数最大;经过DOC处理后,L_(p)、D_(p)和T_(p)与E_(a)的决定系数均略有增加。

DOC及POC对柴油机污染物NOx和PM的影响

柴油机的不断发展也给人类和地球环境带来了日益严重的污染问题。为了满足日益严苛的排放法规和更高的性能要求,本文重点通过ESC试验循环和稳态满载试验,研究不同的氧化催化器及颗粒物催化氧化器组合对柴油机污染物中的NOx和PM的影响。

采用燃烧器+氧化催化器的柴油机微粒捕集器复合再生控制策略的研究

设计了一种车载全流式燃烧器,从增压柴油机的涡轮增压器取出新鲜空气,从回油管路取油供给燃烧;将该装置安装在排气管尾端使捕集器进行再生,在燃烧器和捕集器之间增加氧化催化器,实现了在发动机所有稳态工况下捕集器的复合再生。在排气背压的再生控制策略基础上,根据经验公式对背压值进行温度修正,将三维背压MAP简化为二维,提出"恒温定时"的复合再生控制策略,分析了控制策略在不同工况区域的运用,给出了再生过程分析实例。对既定的控制策略进行了实车试验,结果表明微粒排放达到了国Ⅳ标准。

柴油机加装柴油机氧化催化器和催化型颗粒捕集器装置性能评定试验研究

为了研究加装柴油机氧化催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)装置的柴油机性能,探讨DOC与CDPF的净化效率和再生特性随试验循环数的变化规律,搭建了柴油机高原试验台,并按13试验循环进行了性能评定试验。结果显示,在全负荷工况下,随着试验循环数的增加,发动机的进气量、转矩、功率和油耗均比未装DOC和CDPF的原机略有下降。同时,在排气后处理装置的后端,烟度和CO排放均趋向零,而NO2排放增加,NO排放减少。将第1试验循环与第13试验循环进行比较后可以发现,DOC和CDPF的前端温度均比后端低,而排气后处理装置经13试验循环后仍具有较高的净化效率。与原机相比,加装排气后处理装置的发动机,经性能评定试验后的外特性有所下降,但在排气后处理装置后端的烟度和CO排放趋近于零,而NO2/NO比例随发动机转速增加先升后降。此外,DOC和CDPF的后端温度低速时上升明显,后随转速升高而降低,直至趋于稳定,而CDPF的压差随转速增加先升后降。此时,捕集效率和再生效率仍保持较高水平。

氧化型催化器载体长度对柴油机排放性能的影响

基于轻型柴油机台架试验平台,研究柴油机氧化型催化转化器(DOC)载体长度变化对后处理系统减排性能的影响.结果表明:适当增大DOC载体长度可提高对一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)和一氧化氮(NO)的氧化率,过量增大对氧化性能的提升有限,同时影响DOC在低温低负荷下减排效果;DOC耦合催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)对颗粒物数量(PN)的减排效果受DOC载体长度影响较小.从兼顾成本与性能的角度出发,适当增大DOC载体长度能有效提高减排效果,但过量增大对减排效果提升影响不大.

掺混含氧燃料对柴油机氧化催化器+催化型柴油机颗粒捕集器氧化及再生特性的影响

为了研究掺烧含氧燃料对柴油机排放及柴油机氧化催化器(DOC)耦合催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)后处理系统低温氧化特性与再生特性的影响,基于一台4缸高压共轨柴油机,选取国五柴油、15%生物柴油柴油(D85B15)、15%正戊醇柴油(D85P15)、20%正戊醇柴油(D80P20)作为燃料,在1900m海拔环境下进行了试验。研究表明:在外特性工况下,与柴油相比,燃用D85B15和D85P15的柴油机动力性略有下降,燃用D85P15的柴油机有效热效率最高。燃用D85B15的NO x排放略低于柴油,最高降低3.33%;而D85P15的NO x排放有所增加,最高增加2.85%。在低负荷工况下燃用国五柴油时DOC+CDPF对CO的转化效率明显高于燃用D80P20时,2000r/min时燃用柴油时CO转化效率高达96.8%,而D80P20只有36.9%。低速高负荷工况下燃用国五柴油与D80P20时,DOC对排气温度的提升作用均比较明显,平均提升41.8℃和42.5℃。燃用D80P20时DOC+CDPF压差升高较慢,压差最高比燃用国五柴油低6kPa,DOC后端平均温度比燃用国五柴油高10℃。柴油机燃用D80P20在高负荷尤其是低转速高负荷时可有效降低颗粒物排放,降低DOC+CDPF压差。

柴油机排气氧化催化转化器故障诊断方案道路工况仿真分析

柴油机排气氧化催化转化器(DOC)的在线故障诊断是柴油车OBD系统的重要内容之一。本文根据DOC在线故障诊断技术研究的需要,对以DOC前后的排气温度和排气背压作为DOC催化剂老化、载体堵塞以及破损等失效故障诊断参数的在线故障诊断方案进行了道路工况下的仿真分析。研究结果表明,在一定的柴油车运行道路工况下,以DOC前后的排气温度和排气背压结合一定的诊断算法对DOC的失效故障进行诊断是可行的。

聚甲氧基二甲醚掺混比对柴油机性能及柴油机氧化催化器+催化型柴油机颗粒捕集器后处理系统的影响

以加装了柴油氧化型催化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)后处理系统的D30型高压共轨柴油机为研究机型,将聚甲氧基二甲醚(PODE)以0%、10%、30%三种体积比掺入柴油(分别记为P0、P10、P30)进行发动机台架试验,研究PODE掺混比对柴油机性能和后处理系统的影响。研究表明:负荷工况下,PODE掺混比越大,有效燃油消耗率约高。低速高负荷工况,P30有效热效率最高。PODE掺混后显著恶化NO_x和HC排放,仅在低速时降低约33%CO排放。在1 600r/min工况,掺混PODE有效降低了柴油机的碳烟排放,但是后处理系统有明显升温且NO转化为NO_2的效率降低。在2 400r/min工况,掺混比增加,CDPF后端NO_2浓度升高;P30的涡后排温比P0、P10低约30℃。PODE掺混比越高DOC前端和CDPF前端排气压力越低,降低了CDPF载体堵塞的风险。

基于轻型柴油车的柴油机氧化催化器入口温度升温特性及策略研究

选取了高、中、低负荷的3个典型工况,研究了进气节流及喷油策略对柴油机缸内燃烧过程、排放性、经济性及柴油机催化氧化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度的影响,得到全工况区域的DOC入口温度的升温策略。试验结果表明:随进气节流阀开度减小,进气流量降低,压缩压力下降,燃烧始点滞后,最高燃烧压力下降,循环指示功降低;HC排放得到抑制,其他排放恶化;DOC入口温度得到有效提升,负荷越小,温升效果越显著。喷油规律耦合进气节流发现,主喷提前角的推迟使得滞燃期缩短、后燃加重,DOC入口温度小幅度提升;近后喷油量增加可提高DOC入口温度,推迟近后喷,DOC入口温度先增大后降低,存在最佳的近后喷时刻。依据样机全工况排温分布特征,提出了不同工况区域DOC入口温度升温控制策略。

柴油催化氧化器对柴油机颗粒排放的影响

为研究柴油催化氧化器对柴油机排放颗粒特性的影响,收集了CY4102-CE4B柴油机在3个大负荷工况时柴油催化氧化器前后的颗粒。利用热质分析法对所得颗粒的挥发性和氧化特性进行了观察和分析。分析结果表明:经过柴油催化氧化器后,颗粒中挥发性成分的含量增加,且主要为易挥发性成分。此外,在柴油催化氧化器的作用下,颗粒在空气中的质量损失速率有所提高,说明柴油催化氧化器可以提高颗粒的氧化活性。其中,在2 050 r/min、290 N·m工况下,柴油催化氧化器对颗粒氧化活性的提升效果最为显著。

DOC及POC对柴油机污染物CO和HC的影响

柴油机的不断发展也给人类和地球环境带来了日益严重的污染问题,为了满足日益严苛的排放法规和更高的性能要求。本文重点通过ESC试验循环和稳态满载试验,研究不同的氧化催化器及颗粒物催化氧化器组合对柴油机污染物CO和HC的影响。

国六新型催化型柴油机微粒捕集器低温被动再生特性研究

基于自行搭建的柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+催化型柴油机微粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的试验台架,开展了碳化硅(SiC)及堇青石CDPF被动再生平衡点温度试验,并测试了DOC新鲜件及老化件对载体被动再生平衡点温度的影响,对两种材料CDPF进行了低温条件下的被动再生特性试验。试验结果表明:炭载量5 g/L时,SiC CDPF被动再生平衡点温度约为295℃,堇青石CDPF约为310℃;DOC老化件对SiC CDPF被动再生平衡点温度无明显影响,但会导致其被动再生效率降低;未加装DOC时,SiC CDPF被动再生平衡点温度上升至355℃,且会导致载体内部温度轴向及径向上产生较大温差,大大降低其再生效率(仅为5%);炭载量5 g/L、入口温度325℃时,SiC CDPF被动再生效率仅为48.9%,再生速率为2.9 g/h,而堇青石CDPF被动再生效率为75.2%,再生速率为11.5 g/h,后者在该温度附近被动再生特性更优。

DOC和金属滤芯DPF对柴油机排气碳烟石墨化程度及氧化活性的影响

开展DOC和金属滤芯DPF对柴油机排气碳烟石墨化程度和氧化活性影响规律的研究,并分析了石墨化程度与氧化活性的相关性。结果表明:柴油机排气碳烟中2种方法所获得石墨化程度(AG/AD1和R值)及氧化反应表观活化能(Ea)分别处于0.205~0.293、0.094~0.136及138.9~168.1 k J/mol之间;原机排放碳烟的AG/AD1、R值和Ea均随转速的升高而下降,随负荷的升高而提高;DOC处理后碳烟的AG/AD1、R值和Ea显著提高,且涨幅也基本上随转速的升高而下降,随负荷的升高而提高;多数工况下,金属滤芯DPF对AG/AD1、R值及Ea的影响极小;DOC处理前、后碳烟中AG/AD1或R值与Ea有一定相关性,且Ea对AG/AD1更敏感;DOC能够改善Ea与AG/AD1的相关性,但对Ea与R值的相关性影响不大。

DOC技术对柴油机排放颗粒物数浓度的影响

利用ELPI(电子低压冲击器)对不同转速、不同负荷以及安装DOC(氧化催化转化器)前后颗粒物排放及粒径分布进行了研究.结果表明:无论安装DOC与否,柴油机排放颗粒物数浓度均随发动机转速的增加而增加.增大负荷,颗粒物数浓度峰值处的粒径也随之增大.经过DOC催化转化后,柴油机排放颗粒物的大部分仍呈单峰正态分布,且DOC对核模态粒子的氧化转化效率较高.经过DOC后,在低转速下,不同粒径的颗粒物数浓度均有所降低;中、高转速下,DOC对粒径大于120 nm的颗粒物数浓度无明显降低作用.

DOC/DOC＋CDPF对重型柴油机气态物排放特性的影响研究

基于AVL-PEUS傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究柴油机氧化型催化器(DOC)、柴油机氧化型催化器耦合催化型颗粒捕集器(DOC+CDPF)对重型柴油机一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO_2)和二氧化硫(SO_2)气态物排放特性的影响。研究结果表明:相比单独的DOC,DOC+CDPF对CO具有更低的起燃温度,在催化剂活性位上THC比CO具有较强的吸附强度和活性位竞争优势,因此具有比CO更低的起燃温度;DOC和DOC+CDPF均能不同程度地减少NO、增加NO_2、减少总NO_x排放,减少NO的主要途径是氧化机理;在催化剂中添加氧化铈(CeO_2)能有效实现稀燃储硫、富燃释放硫的效果,增强催化剂的抗硫能力。

DOC+CDPF+SCR对轻型柴油机排放特性的影响

为研究DOC+CDPF+SCR对轻型柴油机动力性、经济性、排放性的影响,以一台满足国五排放法规的轻型柴油机作为样机,加装DOC+CDPF+SCR后处理系统后进行了台架试验研究。结果表明:加装DOC+CDPF+SCR后处理系统对柴油机的动力性和经济性有一定影响,外特性下扭矩平均降幅为1.3%,负荷特性下燃油消耗率平均升幅为2.6%。DOC+CDPF+SCR能有效降低柴油机的NO_x,THC,CO以及颗粒物排放。DOC主导净化THC和CO,对颗粒物也有良好的减排能力;SCR主导净化NO_x,排气温度较低时转化效率不高;CDPF主导净化颗粒物排放,对中小粒径颗粒物的净化效率更高。PN和PM平均减排率分别为99.1%和96.6%。

用HRTEM研究DOC和DPF对柴油机颗粒排放的影响

利用高分辨率透射电镜(HRTEM)对安装了排气后处理装置的CY4102-CE4B柴油机排放的颗粒进行观察,对比了ESC循环中工况7与工况10后处理装置中,柴油氧化催化器(DOC)与颗粒捕集器(DPF)前后颗粒的微观形貌与结构。研究结果表明:组成颗粒的基本粒子均呈近似球形,与发动机工况和后处理装置无关;经DOC后组成颗粒的基本粒子的轮廓比在DOC前更清晰,次级粒子由葡萄状结构向链状结构转化,但经DPF后,又向葡萄型结构转化;低速低负荷时,组成基本粒子的内核与外壳不甚明晰,呈无定型结构,基本结构单元的尺寸较小,薄层呈波浪状;而高速高负荷时,组成基本粒子的内核与外壳更加清晰,呈石墨结构,层状结构也更加明显,薄层几乎呈直线段。

柴油机微粒捕集器定工况主动再生条件的试验研究

柴油机尾气后处理系统采用仅安装氧化催化转化器方案,通过试验确定了柴油机微粒捕集器定工况主动再生时所需的入口条件,通过对发动机不同工况排气温度的测量确定了微粒捕集器定工况主动再生的发动机工况点,得出了主动再生时排气管中所需喷入液化石油气的喷射脉宽。试验中氧化催化转化器对HC的转化效率达到了90%以上,满足了再生期间对催化转化器的要求。

DOC和金属基DPF对柴油机排气颗粒物表面官能团演化特性的影响

开展不同工况下普通商用DOC和金属过滤载体DPF对柴油机排气颗粒物(PM)表面官能团影响机制的研究,结果表明:在DOC中催化剂和高温作用下,PM表面甲基、亚甲基官能团氧化速率相近,DOC对PM表面A2958/A2928比值影响不大;DOC中,PM表面C=O官能团比C-O官能团具有更高的氧化速率,且PM表面碳氢官能团比碳氧官能团也具有更高的氧化速率,导致经DOC处理后,PM的A(C=O)/A(C-O)比值及表面碳氢官能团含量显著减少。金属过滤载体DPF中排气温度较低且无贵金属催化作用,PM表面稳定性较差的亚甲基在DPF中优先氧化,而PM表面C=O、C-O官能团在DPF中的氧化速率均比较缓慢,导致经DPF处理后,PM样品的A2958/A2928比值均显著提高,A(C=O)/A(C-O)比值变化不大,而A(CH3+CH2)/A(C-O+C=O)比值均小幅下降;DPF中,几种表面官能团氧化速率均较低,但在排气温度较高的工况,亚甲基的氧化速率还是稍快于其它几种官能团的氧化速率。