某柴油机WHTC循环试验研究

本文分析了WHTC循环的特点,探讨了冷、热态WHTC循环的排放标定策略,同时对某京五SCR柴油机进行了试验研究,验证了轨压、新鲜进气量等燃烧参数对SCR入口温度的影响,最终调整后的燃烧参数后WHTC循环平均温度达到238℃,同时对后处理进行了热管理,最终整个WHTC循环平均温度达到256℃,SCR后处理效率达到71%,该结果满足了京五阶段WHTC循环排放对SCR转化效率的要求。

WHTC循环评价城市中柴油车尾气排放性能的适应性研究

城市道路路况复杂,汽车发动机大部分时间都工作在ETC循环测试区域以外的工况,从而造成法规排放特性测试结果与整车道路排放试验结果存在很大的差异。而WHTC循环作为欧Ⅵ排放标准中的发动机瞬态排放测试循环,在发动机转速、功率和怠速比例等循环特征参数方面与北京公交道路工况特征参数接近,相较ETC循环,WHTC循环试验结果能更好地反映北京城市公交车辆道路运行时的尾气排放特性。此外,利用WHTC循环试验结果进行发动机排放的调整和再标定,可有效调整发动机低速低负荷区域的污染物排放性能,改善现行法规排放测试区域以外工况点的排放状况。

柴油机WHTC循环NO_x控制和热管理技术研究

本文介绍了WHTC排放测试循环的背景,以一台3.8L柴油机为试验样机,对其运行WHTC循环以及现行国标GB17691-2005中的欧洲瞬态排放测试循环(ETC)的试验工况进行了对比分析,通过对测试工况的转速、扭矩分布状况,后处理排气温度分析,来为排放控制策略的制定探索可行的方向。本文基于试验样机对进气节流、排气节流,从进排气的方面措施对发动机排气温度的影响进行分析。

车用柴油机WHTC与ETC瞬态测试循环排气温度及排放对比试验研究

在两台不同型号的车用柴油机上进行WHTC及ETC循环排放测试试验,以研究WHTC冷启动循环、WHTC热启动循环及ETC循环下发动机排放(CO、HC、NO_X、PM)特性差异。试验结果表明:WHTC冷启动循环下发动机排气温度及冷却水温度在0~800s范围内均低于WHTC热启动循环,总体排放明显偏高,其中CO、HC及PM排放差距较大,NO_X排放差距则相对较小;WHTC循环下排气温度及冷却水温度在循环绝大部分时间范围内均低于ETC循环,总体排放明显偏高,其中CO、HC及NO_X排放差距较大,PM排放差距则相对较小;该试验结果可为柴油机节能减排研究提供技术支持和研究经验。

不同海拔下国六柴油机WHTC/WHSC测试循环的试验研究

针对某国六柴油机,采用进排气海拔模拟系统,开展不同海拔条件下柴油机WHTC/WHSC测试循环的试验研究,系统分析不同海拔高度对国六柴油机关键污染物排放的影响,研究柴油机WHTC/WHSC测试循环的异同。结果表明:随海拔升高,发动机循环功降低,且海拔越高,循环功较平原的降幅越大,4000 m海拔,降幅分别为21.1%、16.8%;柴油机关键污染物排放整体呈现增加趋势,其中CO与THC排放先减小后增加,主要与缸内氧含量及混合气均匀度有关;不同海拔下,WHTC/WHSC测试循环对CO、NOx、THC排放的检测能力差异性较小。

WHTC工况下PN10和PN23计数器粒子数排放测量差异分析

为探究当前主流的PN23计数器与更先进的PN10计数器测量结果差异,选取一台符合国Ⅵ排放标准的柴油发动机进行世界统一瞬态循环(World Harmonized Transient Cycle,WHTC)工况排放试验。该发动机可配置两套标定功率数据。使用最小测试粒径分别为23 nm和10 nm的粒子数(Particulate Number,PN)计数器同时测取PN排放数,分析对比PN排放结果,并总结排放规律。结果显示:标定功率为316 kW和430 kW的WHTC循环PN10计数器粒子数排放结果比PN23计数器分别高约27.48%和27.46%;WHTC循环第1145 s后,PN10计数器粒子数浓度显著高于PN23计数器,中等以上负荷、稳定转速工况更利于23 nm以下粒子生成;转速高于1000 r/min时,PN10计数器测得的粒子数浓度比PN23计数器明显更高;随着负荷增加,直径为10~23 nm的粒子数浓度先增加后减少。发动机在上述工况下运行时,PN23计数器测量值显著低于PN10计数器,该差异最终导致循环排放结果相对不准确。

不同控制策略条件下车用柴油机WHTC和ETC排放比对试验与研究

介绍了国内车用柴油机排放的发展现状和WHTC循环试验,通过采用不同控制策略条件下的柴油机样品进行WHTC和ETC循环试验,并对试验结果进行分析和比较,结合城市车辆的使用状况来说明WHTC循环试验的实际意义和发展趋势。

国四轻卡柴油机满足WHTC排放限值的策略及实验研究

对某款排量为3L的国-IV轻卡柴油发动机满足WHTC排放的技术路线进行了台架试验研究。试验机配置有EGR-DOC-POC排放控制系统。针对WHTC的循环特性及排放限值的挑战,提出如下减少试验机WHTC排放的控制策略:1)优化各WHTC工况点的喷油提前角,EGR率,EGR响应及轨压以减少燃烧中NOx的生成;2)对高颗粒排放工况增加后喷,通过优化后喷参数使在主喷油期生成的大部分颗粒及其它不完全燃烧产物在缸内氧化;3)对加速工况设置烟度限制以减少加速时瞬态喷油量和缸内空气量的不同步性,使燃烧得以在较高的瞬态过量空气系数下进行,从而有效地抑制加速工况碳烟的生成。试验机在实施优化控制策略后,冷态和热态试验均满足WHTC排放的限值,冷热循环的加权平均后的颗粒排放仅为0.028 g/(k W·h),低于北京市和环保部的限值0.030g/(k W·h)。台架试验数据证明,提出的排放优化策略是可行及实用的。

柴油机WHTC冷起动过程SCR温度热管理技术研究

研究了低速低负荷工况下可变几何截面增压器(variable geometry turbocharger,VGT)开度、进气门晚关机构(retard intake valve closing auction,RIVCA)和后喷技术对提升选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理器温度的作用,并从温度提升幅度、发动机油耗率和排放等方面对各技术进行了分析比较。试验结果表明,采用后喷技术、增大VGT开度和利用进气门晚关可以有效提高SCR后处理器温度。但相比于后喷技术,增大VGT开度和运用进气门晚关技术造成的油耗损失较小。试验对后喷策略和VGT-RIVCA策略进行了全球统一瞬态试验循环(world harmonized transient cycle,WHTC)冷起动对比试验。试验结果显示,在使SCR后处理器的起燃时间缩减至循环第600s附近时,后喷策略造成的油耗损失为3.5%,而VGT-RIVCA策略造成的油耗损失仅为1.1%。在验证了VGT控制策略的优越性后,通过设定不同VGT开度的对比试验,最终得到了一套优化的VGT-RIVCA控制策略,运用该策略可以使SCR后处理器的起燃时间由1 300s缩减至540s,NOx排放量由1.78g/(kW·h)降低至0.929g/(kW·h),同时发动机油耗仅有1.4%的恶化。

双级串联DOC+POC柴油机排放特性研究

为了应对"特京五"对颗粒物数目的要求,在一台满足国Ⅳ标准柴油机上,以国Ⅴ柴油原排试验结果为基准,对一组氧化型催化器(DOC)+微粒氧化催化转化器(POC)后处理和两组DOC+POC后处理串联时热态全球统一瞬态循环(WHTC)的气态污染物和颗粒物排放结果进行了对比研究。结果表明:单组DOC+POC的净化能力为颗粒物质量降低63%,颗粒物数目降低23%;两组DOC+POC串联可使颗粒物质量降低74%,颗粒物数目降低79%,并可以避免一组DOC+POC方案时颗粒物数量浓度瞬时排放超过原排的现象。采用两组DOC+POC串联方案时,燃用国Ⅲ柴油的排放结果与国Ⅴ柴油的排放结果基本持平,表明两组DOC+POC串联后处理方案可以克服燃油品质变差对颗粒物排放带来的不利影响。

SCR排气流量模型应用研究

针对重型柴油机选择性催化还原(SCR)控制系统,基于质量和能量守恒,推导出SCR策略中的排气流量数学表达公式,并应用开发软件D2P MotoHawk建立排气流量模型,通过发动机稳态工况和瞬态工况试验对比排气流量模型计算结果、脉谱控制插值结果与实际排气流量结果。结果表明,稳态过程中排气流量模型计算值与发动机台架测量值最大误差为5%,而脉谱控制模式脉谱插值的排气流量与发动机台架排气流量计测量值最大误差为10%;1 000r/min瞬态加载过程中排气流量计算模型的精度更高,与实际排气流量相比误差在8%以内,而脉谱插值的误差高达18%,WHTC排放循环在满足排放法规的前提下,应用模型控制氨泄漏大幅度降低(50%),平均值仅为8×10-6,尿素喷射总量也降低了2%。

柴油机瞬态VNT开度优化研究

瞬态工况下,可变喷嘴涡轮增压器(Variable Nozzle Turbocharger,VNT)开度的调节对柴油机增压压力、扭矩响应及污染物排放具有较大影响。为优化瞬态工况下VNT开度,实现瞬态工况下柴油机与VNT的协调控制,该研究以配备VNT的高压共轨柴油机为对象,通过台架试验研究了不同转速下负荷1、3和5 s从0瞬变至50%、75%和100%时,不同VNT开度对柴油机瞬态性能及排放的影响。结果表明:2000 r/min下,负荷1、3和5 s从0瞬变至50%、75%、100%的过程中,VNT开度对负荷1 s瞬变工况的影响比3和5 s明显;随着VNT开度减小,增压压力响应时间逐渐缩短,扭矩响应时间先减小后增大。1600、2000和2600 r/min下,负荷1 s从0瞬变至75%的过程中,NOx体积分数先增大后减小,然后再逐渐增大趋于稳定;颗粒物数量(PN)峰值随VNT开度的减小而增大。综合考虑柴油机瞬态响应和排放,对全工况范围下柴油机的VNT开度控制进行优化,获得了柴油机瞬态工况下的优化VNT开度协调控制方案,并进行WHTC循环试验,结果表明:与原机相比,冷、热态下WHTC循环扭矩回归线的截距分别下降0.03和0.37,标准偏差分别下降0.11和1.07;WHTC冷、热态循环NOx比排放与原机相比分别下降7.59%和2.21%;颗粒物排放量(PM)下降8.64%和25.28%;PN下降6.74%和12.4%。研究结果可为柴油机瞬态工况下VNT的协调控制提供参考。

柴油机Urea-SCR系统低温控制策略研究

从低温反应动力学的角度出发,建立了一种可适用于低排温工况的可嵌入式模型,对选择性催化还原(SCR)系统氮氧化物(NOx)排放进行准确描述。基于上述研究,提出了一种基于模型的控制策略,并利用Matlab/Simulink软件建立后处理控制单元(DCU)标定平台,以加速SCR系统的标定过程。最后,通过世界统一(WHTC)循环进行验证。试验结果表明:采用新策略可获得高NOx转化效率,同时能降低氨气(NH3)的泄漏量。

基于欧Ⅵ排放标准的中型柴油机排气热管理试验研究

尾气后处理的转化效率受排温影响,而柴油机中低负荷下排温较低,难以满足要求。以某中型柴油机为对象,针对影响排温的进气节流阀(IAT)、电控废气旁通阀(EWG)和排气背压阀(EAT)进行了中低负荷稳态点控制策略的试验研究。试验结果表明:在满足低排放和低油耗的前提下,仅靠单一排气热管理措施难以提高排温,须两种或两种以上措施合理匹配,共同作用。基于此,提出了可行的排气热管理方案,并在WHTC测试循环下验证了该方案可使试验柴油机在保证经济性和排放的变化在可接受范围内,满足排温要求。

基于欧-Ⅵ柴油机排气热量管理主动控制措施研究

利用发动机台架试验研究了中低负荷稳态工况下进气节流阀、喷油提前角、喷射压力和后喷等排气热量管理主动控制措施对排气温度的影响，并基于欧一Ⅵ排放法规要求的瞬态测试循环（world harmonized transient cycle，WHTC）验证排气温度提升的效果。稳态试验结果表明：与进气节流阀不工作时相比，在进气节流阀开度约15％～20％时排气温度提高了140℃左右，NOx排放减小，PM排放和燃油消耗率均增大；喷油提前角和喷射压力的改变对排气温度影响较小，对NOx排放、PM排放和燃油消耗率影响较大；后喷角度和后喷油量的合理匹配，可以提高排气温度约70℃。wHTC测试循环试验结果表明：排气温度在整个循环内均得到有效提升，怠速工况和低负荷工况提升尤为明显。

基于欧Ⅵ柴油机EGR阀与VGT阀解耦控制策略研究

针对采用PID方法控制废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和可变截面涡轮增压器(variable geometry turbocharge,VGT)阀开度时出现的进气质量流量和增压压力瞬态响应慢的现象提出了一种新的EGR与VGT解耦控制策略,并进行了试验验证。研究结果表明:由工况点900r/min、200N·m变化至工况点1200r/min、1100N·m的过程中,采用解耦控制策略后,增压压力和进气质量流量的上升时间分别由8.5s和21.3s降至7.9s和16.8s,降幅分别为7.1%和21.1%;稳定时间分别由14.3s和18.3s降至11.5s和15.1s,降幅分别为19.6%和17.5%;WHTC测试循环下,解耦工况点占总工况点的比例达到36.1%,PM比排放和油耗的降低幅度分别为18.9%和5.8%,NOx比排放变化不明显。

双级尿素-选择性催化还原系统对柴油机排放特性的影响研究

为满足国Ⅵ排放标准,提出并开发了双级尿素(urea)选择性催化还原(selective catalytic reduction system, SCR)系统及控制策略,并针对该系统在柴油机上的NOx排放特性及对柴油颗粒捕集器(DPF)被动再生的影响进行了台架验证。结果表明:冷态国际统一瞬态循环(WHTC)双级urea-SCR系统NOx转化效率达到89.2%,比单级urea-SCR系统提高了5.4%,冷起动NOx排放显著降低;热态WHTC双级urea-SCR系统NOx转化效率达到99.3%,比单级urea-SCR系统提高了3.0%;对双级urea-SCR系统尿素喷射量采用闭环控制策略,热态WHTC下DPF平衡点碳载量仅比单级urea-SCR系统提高了0.2 g/L,DPF被动再生效果几乎未受影响。