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。

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。

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.

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。

氧化型柴油催化器(DOC)与重型柴油机匹配应用及性能研究

氧化型柴油催化器(DOC)是重型柴油机重要的后处理之一。研究结果表明,HC和CO在DOC催化剂表面的氧化率都在90%以上,空速越高,转化效率越低;调节进气节气门开度是十分有效的排气热管理手段,减小节气门开度可以显著提高发动机排温,小负荷工况下更明显;较高的HC和CO浓度或较高的排温都会影响DOC催化剂表面NO氧化反应速率。适当控制节气门开度,可实现DOC入口温度250℃以上时HC正常起燃,即发生充分的氧化反应。

负载型LaCoO_(3)/MO_(2)催化氧化甲苯与NO的性能研究

本研究采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了一系列不同载体负载的LaCoO_(3)/MO_(2)催化剂(M=Zr、Ti、Ce),研究考察其催化氧化甲苯与NO的性能及关键机制。结果发现,以CeO_(2)为载体的LaCoO_(3)/CeO_(2)催化剂表现出最佳的催化氧化性能,其甲苯的t_(90)为245℃,同时在300℃时NO转化率可达68%。通过BET、XRD、H_(2)-TPR和XPS对各负载型钙钛矿催化剂的理化性质进行表征。结果表明,负载型钙钛矿催化剂拥有更大的比表面积,从而有效提供了更多的吸附位点,同时负载型钙钛矿催化剂具有更活跃的晶格氧和更好的氧化还原性能。其中,LaCoO_(3)与载体CeO_(2)在接触界面上观察到Co离子与Ce离子之间存在着相互作用,形成晶格缺陷,这有利于氧空位的形成。利用原位漫反射红外光谱进一步探寻了反应机理,LaCoO_(3)/CeO_(2)催化剂上NO氧化符合Langmuir-Hinshelwood机制,甲苯氧化为Mars-van Krevelen机制。

汽车催化器结构及注意事项

汽车净化催化器的结构由于净化催化器串接在汽车排气管路上,因此,为了不影响汽车性能,催化器的阻力应尽可能低,通道内的表面积应尽可能大,以增加排放污染物和催化剂接触的机会。目前较常用的是蜂窝型催化器(如图所示)。催化器的最外层是用耐高温不锈钢板制成的特种钢外壳1。

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。

基于DOC氧化乙醇助燃再生DPF研究

针对传统的喷油助燃再生的柴油机颗粒捕集器(DPF)容易产生二次污染的缺点,提出借助柴油机氧化催化转换器(DOC)氧化乙醇产生热量进行DPF再生的方法。搭建系统硬件平台,在发动机台架上进行发动机排气温度和乙醇喷射量对DOC氧化乙醇效率特性研究,并根据氧化特性设定相关控制策略。将系统安装在堆高机上进行实车试验,试验表明,DOC氧化乙醇能够实现DPF再生。

SCR/DOC+DPF+SCR后处理系统对重型柴油机性能及排放的影响

文章基于氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)耦合颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原器(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术,对比了原机、搭载SCR、搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下重型柴油发动机的性能、排气污染物排放状况以及SCR入口处NO在氮氧化物(NOx)中的体积比。试验结果表明,搭载DOC+DPF+SCR系统比搭载SCR系统的发动机扭矩降低了10N·m,油耗基本保持不变;对比搭载DOC+SCR、搭载SCR以及搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下SCR入口处NO在NOx中的比例发现,SCR状态下基本全为NO,其余2种状态下NOx中NO的体积比随温度升高而逐渐降低,排温在450℃时该比例下降到0.86;搭载DOC+DPF+SCR的ESC试验中CO转化效率为93%,HC转化效率为70%,NOx转化效率为90%,PM转化效率为51%,相比于搭载SCR的ESC试验,NOx的转化效率降低了3%。

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。

装有试验型柴油机氧化催化器的EMD SD60M型机车的废气排放

本文研究第三代试验型柴油机氧化催化器（DOC）对一台2850kW EMD SD60M型USEPA（美国环保局）Tier0排放达标机车的排放性能的影响。该机车原造于1989年,柴油机于2005年完成最近一次大修,并达到US EPA Tier0排放标准。DOC系统位于涡轮前废气流内。在这台属于联合太平洋铁路的机车上按机车联邦试验程序（FTP）进行了氧化催化器安装前后的对比试验。然后,机车在加利福尼亚州投入商业运营,在分别完成6个月和14个月运营之后,再返回西南研究所进行排放测试和DOC检查。早先的两代DOC于2006年5月开始安装在同一台机车上。最初的试验结果表明,由MIRATECH公司制造并提供的V-CAT柴油机氧化催化器使机车在干线负荷循环的颗粒物（PM）排放率减少46%,在调车负荷循环中颗粒物减少32%。碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）在US EPA干线循环分别减少57%和78%,在调车循环则分别减少55%和69%。V-CAT柴油机氧化催化器的初始试验也证明燃油效率损失甚微,机车带与不带V-CAT的对比试验表明,燃油消耗率在干线牵引循环仅增加0.5%,在调车循环则基本上无变化。在第6手柄位,由于发动机换气量的减少,烟度有所增大,但仍远低于Tier0烟度限值标准。装车运用6个月和14个月后的测试表明,排放性能和发动机性能均无明显恶化。在运用6个月和14个月后的V-CAT检查证明,耐久性没出现大的问题。在14个月验证期内,也没进行对排气后处理装置的维修。根据该试验计划所取得的结果,DOC也许会成为各种型号的EMD机车达到Tier0＋PM标准的有效工具。为进一步验证长期可靠性,看来还需要对EMD机车加装任何＂改型＂的DOC进行进一步的现场运行考验,因为这些机车的柴油机在两次大修之间通常会运用7~10年。

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。

ART型柴油车排气后处理装置改造在用车排放控制效果研究

本文根据柴油机主要污染物生成机理,结合目前我国柴油机排气控制现状,介绍了贵州黄帝ART型柴油车排气后处理装置的组成构造及其排气后处理的工作原理,对ART型柴油车排气后处理装置改造在用柴油车污染物排放控制效果进行分析,最后指导改造安装步骤,并提出维护保养建议。

CDPF耦合DOC对柴油机颗粒物排放特性的影响研究

为了研究催化型颗粒物捕集器(CDPF)耦合氧化催化器(DOC)对柴油机颗粒物排放特性的影响,进一步提升连续催化再生可靠性和降低颗粒排放,运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和PHO EN-TX60S-X射线能谱仪对DOC和CDPF后的颗粒进行表征分析。同时根据计盒维数算法,计算后处理装置前后颗粒物样品的分形维数。从形成机理方面研究了CDPF耦合DOC对柴油机颗粒物微观形貌、化学成分的影响,运用计盒维数算法对后处理装置后的颗粒结构特征进行研究。研究结果表明,柴油机颗粒物呈团状、球状分布,颗粒物主要元素为C和O;单独DOC作用后,颗粒呈链状分布,粒子基本轮廓清晰;再经过CDPF作用后,颗粒呈团簇状分布,轮廓更加明显;DOC和CDPF作用后,颗粒物中金属元素比例增加,O元素下降12.5%,可溶有机物显著减少;高负荷下,经过在DOC和CDPF作用,颗粒物的分形维数从1.3087下降至1.0835,颗粒边界光滑,粒子间堆积现象减少,不规则程度较小。

大型养路机械柴油机尾气净化装置的研制

铁路隧道内有砟道床在进行大型养路机械施工作业时,施工空间小,发动机废气浓度高,严重危害施工人员的健康及安全。为此研制了适用于大型养路机械的柴油机尾气净化装置。本文介绍了尾气净化装置的工作原理、结构设计,试验验证了其使用效果,给出了装置使用维护方法。

重型柴油机双SCR系统转化效率影响因素研究

为了研究国六重型柴油机选择性催化还原(slective catalytic reduction,SCR)系统NO_( x)转化效率的影响因素,文章运用AVL BOOST仿真软件对催化器内的化学反应过程进行了数值仿真和试验验证。结果表明:SCR催化器最佳反应温度范围在180~550℃,催化器转化效率达到95%以上;通过前置氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)可以在排气中增加NO_(2)的质量分数,可以提高催化器转化效率且使NO_( x)转化效率保持在较高水平,也可以除去尾气中大部分的CO和HC,达到排放标准;安装混合器后各个工况下NO_( x)转化效率均有10%左右的提高,尤其在低温180℃时SCR催化器的转化效率有13%左右的提高。

DOC气态污染物转化率影响因素研究

为了研究柴油机氧化型催化转换器(diesel oxidation catalyst,DOC)气态污染物转化效率影响因素,文章基于GT-POWER仿真软件对DOC的化学反应过程进行了数值仿真和试验验证。研究表明:建立的DOC仿真模型可以很好地模拟DOC催化反应过程;在低温时,CO转化率能达到99%以上,HC和NO转化率随进气量增大而下降,HC转化率稳定在82%左右,NO转化率最终降为0%;在280~550℃时,进气流量对于CO、HC和NO转化率没有显著的影响,CO能被完全氧化,HC转化率稳定在90%左右,NO转化率随温度的升高先上升再下降,320℃时转化率最高,约为60%。

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。

基于碳氢喷射系统工况的DPF再生实验研究

通过发动机台架实验,在设定氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)和颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)入口温度的条件下,研究了排气尾管燃油喷射频率和碳氢混合器对DOC的碳氢化合物的转化性能,得出了DOC性能的变化规律,并通过了整车验证。实验结果表明:DPF入口温度和碳氢喷射量得到了较好控制,驻车再生效率达94%,行车再生效率达90%,整车油耗改善了3.3%。