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。

氧化催化器对柴油机排放颗粒物中无机盐组分影响的研究

为揭示氧化催化器(DOC)对柴油机颗粒物排放的影响,利用ELPI、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)和离子色谱法(IC)对一款装有DOC的柴油机排放颗粒物数量浓度和无机盐组分的排放速率进行实验研究。结果表明:DOC后排放颗粒物的数量有所降低;但大多数无机盐组分排放速率都增加,且随负荷的升高而增大,其中,地壳元素的增长幅度大于人为元素;在大多数工况下硫酸根离子的排放速率增大,且随转速和负荷的增加而增大;硫酸根在颗粒物中的质量分数也增大,且随负荷的升高而增大。

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.

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。

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。

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%。

氧化催化器对柴油机NO_2排放影响的仿真研究

利用流体分析软件Fire建立了柴油机氧化催化器(DOC)的三维仿真模型,并通过试验验证了模型的有效性。通过仿真模型分析了空速、DOC入口温度、NO与NOx浓度比(RNO)、CO浓度和HC浓度对柴油机DOC后NO2与NOx浓度比(RNO2)的影响。仿真结果表明:增加空速,DOC后的RNO2降低;DOC入口的RNO、CO浓度、HC浓度增大,DOC末端的RNO2增加;DOC后的RNO2随DOC入口排气温度的增加先升高后降低,在600K附近达到最大值。

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。

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.

柴油机尿素SCR催化器优化设计

运用计算流体力学手段对柴油机SCR催化器内排气流动、尿素水溶液喷射雾化、液滴蒸发、尿素热解和催化剂表面化学反应等整个NOx后处理过程进行了模拟,通过考察不同方案下载体前端面的尿素浓度分布及NOx转化率,研究了还原剂添加位置、喷嘴型式以及催化器入口扩张管形状等因素对催化器系统NOx转化性能的影响,研究结果为催化器的优化设计提供了指导依据。

矿用防爆柴油机氧化催化器的开发与试验

对柴油机氧化催化器进行了设计开发及试验,结果证明,该催化器可以在排气温度较低(150℃~160℃)的工况下,高效地去除尾气中的CO成分,可以将其应用在矿用防爆柴油机无轨胶轮车上,改善胶轮车尾气的排放。

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。

柴油机氧化催化器NO_2生成过程的仿真分析

为研究柴油机氧化催化器的NO_2生成过程,在三维CFD仿真软件FIRE中建立柴油机氧化催化器的模型。模拟氧化催化器从开始到达到稳定状态的整个过程,分析仿真结果得出:氧化催化器载体温度在480 k时,NO_2的生成量明显增加。氧化催化器达到稳定工作状态后,从入口端向出口端,氧气浓度逐渐降低,NO_2浓度逐渐升高。

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。

氧化催化器颗粒排放及其成分的影响

用含硫量0.05％和0.01％的燃油并用多台催化器对轿车和栽重车柴油机进行了稳态和非稳态的测量。为确保废气后处理不因硫酸盐而导致颗粒排放增多,轿车柴油机使用含硫量为0.05％的燃油就可以了。而在载重车柴油机的废气试验中使用同种柴油,用同样的催化器时却因硫酸盐排放的增多而使颗粒排放也增加,这就要特意匹配催化器或是进一步降低燃油的含硫量。但是对硫酸排放来说是最佳的催化器,其启动性能不好而且降低气味的功能较差。

柴油机Urea-SCR催化器优化设计及仿真研究

运用计算流体力学(CFD)软件,对结构改进前后的选择性催化还原(SCR)催化器内流场进行了三维稳态流动数值模拟,对比分析了改进前后4种不同结构的催化器内流动特性,研究得到不同结构下压力、温度、流速和NO的质量分数之间的关系。结果表明:优化设计后的SCR催化器增大了载体中部高速区的占比,使载体内流速相对均匀。降低了由于温度、压力产生的涡流,提高了尿素液滴与尾气的混合均匀性和尾气中NO_x的转化率。当SCR催化器长度为180 mm,宽度为160 mm,角度为36.5°时,管内压力、温度、流速达到最佳状态且NO_x的转化效率达到最高。模拟结果为进一步优化设计柴油机SCR催化器提供了设计依据。

基于进气节流耦合后喷策略的柴油机排气热管理

为研究柴油机颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生升温过程中排气热管理策略对柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度、发动机性能及污染物排放的影响,该研究分别选取低速低负荷、低速中负荷及中速低负荷工况,通过试验研究进气节流和喷油控制参数对DOC入口温度、燃油经济性及排放性能的影响。试验结果表明:通过进气节流、推迟后喷正时和增大后喷油量能够有效提高DOC入口温度,主喷正时和喷油压力对DOC入口温度的影响较小。基于Box-Behnken试验设计与响应曲面法对低速低负荷工况下进气节流耦合后喷策略的排气热管理策略进行多目标优化,以进气量、后喷正时和后喷油量为因子,DOC入口温度、有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)、氮氧化合物(nitrogen oxides,NOx)和烟度排放为优化目标。响应曲面分析结果表明:各因素对DOC入口温度的影响程度从大到小为进气量、后喷油量、后喷正时;对BSFC和NOx排放的影响程度从大到小为后喷油量、后喷正时、进气量;对烟度排放的影响程度从大到小为进气量、后喷油量、后喷正时。当后喷正时为上止点后30℃A、进气量为87 kg/h、后喷油量为6 mg时,DOC入口温度达到最高,此时BSFC为275.4 g/(kW·h),NOx及烟度排放分别为7.38 g/(kW·h)和1.85 mg/m^(3)。优化后最佳进气量、后喷正时和后喷油量分别为87 kg/h、29℃A和5.4 mg,与优化前相比,DOC入口温度提升43.9℃,BSFC增加31.8 g/(kW·h),NOx和烟度排放分别降低18%和29%。研究结果可为DOC入口温度优化控制提供参考。

涂覆方式对DOC催化剂起燃特性的影响

以中型柴油机为平台,以现行国六排放法规为依据,研究柴油氧化催化剂(DOC)起燃特性的影响因素。针对DOC催化剂不同的涂覆方式及贵金属不同比例,设计了3种不同涂覆方式的DOC催化剂,记为方案A、方案B、方案C,3种方案的贵金属总含量相同,方案A和方案B中前后区的贵金属Pt和Pd比例不同,方案C中提高了Pt的比例。进行了两个阶段的老化试验,研究了在不同工况条件下3种涂覆方式DOC的起燃特性。结果表明:A、B、C 3种涂覆方式的DOC催化剂都能满足起燃性能,B、C两个涂覆方案的HC转化效率较高,催化剂起燃性能较好,对于保证起燃以及对HC泄漏的控制有一定的优势。