研发自主可控的新型柴油机尾气后处理系统——无锡恒和环保科技有限公司成果

车用柴油机是商用汽车动力的最主要来源,但其尾气排放的NO_(x)和颗粒物等已成为雾霾、光化学烟雾等大气污染形成的重要因素.我国道路车辆近年陆续实施了国五及国六排放法规,尾气后处理系统成为商用汽车满足排放法规要求关键系统,其关键核心之一是选择性催化还原(SCR)尿素计量喷射装置与后处理催化转化器.为此,无锡恒和环保科技有限公司成功研发了自主可控的新型柴油机尾气后处理系统.经中国机械工业联合会组织专家鉴定,自主可控先进轻型柴油机尾气排放后处理系统居国际先进水平,其中基于T3计量控制理论的液体计量技术居国际领先水平.

PODE/甲醇双燃料发动机甲醛排放生成特性研究

通过CONVERGE软件耦合聚甲氧基二甲醚(PODE)/甲醇化学反应动力学机理建立了双燃料燃烧数值模型,仿真研究了甲醇比例对双燃料燃烧模式下缸内温度场和甲醛浓度场的分布特性。同时,在一台四缸高压共轨发动机上实现了PODE/甲醇双燃料燃烧模式,试验研究了甲醇比例、喷油正时和进气温度对双燃料燃烧甲醛排放特性的影响。结果表明,随着甲醇比例的增加,双燃料燃烧的缸内温度场分布更加均匀,甲醛排放增加。随着喷油正时提前、负荷增加和进气温度提高,甲醛排放均呈降低趋势。

柴油发动机尾气后处理技术的应用研究

当前情况下,伴随着我国经济社会的进一步发展,柴油发动机车数量逐渐增加,在柴油发动车辆运行的过程中,有可能会出现设备故障情况,柴油发动机在消耗能源的同时,将会产生大量尾气,汽车尾气中的大量污染物质直接排放到空气中,将有可能会造成大气污染问题,并不符合我国可持续化的经济发展理念。鉴于此,本文主要围绕柴油发动机尾气后处理技术的应用方式进行深入分析,逐步探索柴油发动车辆尾气处理的新型方式,有效减少尾气排放量,保护人类赖以生存的自然环境。

国六柴油机后处理催化器螺柱焊研究

国六柴油机筒式后处理催化器上集成传感器、线束,筒体上采用螺柱作为连接支架,固定集成线束。目前对于螺柱与筒体的连接方式采用螺柱焊工艺。针对螺柱焊应用在后处理催化器筒体上,研究实现螺柱焊接的稳定性。介绍了后处理专用螺柱结构设计、螺柱焊机选型、螺柱焊接参数。分析如何使螺柱焊接质量提升,焊接稳定,缺陷率低。使螺柱焊真正的应用在后处理催化器上作为集成线束传感器连接的支架桥梁,实现批量化生产。

道路车用柴油机国六排放选择性催化还原系统的开发与验证

设计开发了一种配备新型周向变流式排气混合器的筒式后处理系统,以某型3.0L排量的国六柴油机后处理为例,首先设计了排气混合器结构,建立了该催化器的流动及尿素喷射、雾化和扩散模型,进行全尺寸排气流场模拟分析,研究了混合器后的速度均匀性、NH3浓度分布和压降损失等,并对特征尺寸进行了优化。结果表明,优化的结构尺寸及设计使标定工况下NH3均匀度可以达到0.996,混合器压降不超过4.17kPa。然后进行了发动机台架试验,验证了新开发设计优化的后处理系统阻力较小,标定工况下实测的NH3均匀度高达0.98,不同空速和温度情况下,不带扰流板的混合器表现更优。最后进行了发动机排放试验,全球统一瞬态循环和全球统一稳态循环结果达到国六标准要求,确证了新开发的选择性催化还原系统及排气混合器能够用于道路车辆国六重型柴油机。

气氛对柴油机碳烟热老化及其理化特性的影响

为深入探讨不同气氛下的热老化对碳烟表面各类官能团以及碳烟氧化特性的影响,首先,对柴油机碳烟进行热老化预处理;其次,通过热重试验和化学反应动力学计算分析不同热老化后碳烟的氧化特征;最后,通过傅里叶红外光谱分析和X-射线光电子能谱研究不同热老化后碳烟表面官能团分布规律和元素组成。结果表明,热老化后碳烟起燃温度和活化能明显增加,其中O_(2)/NO_(2)/N_(2)气氛中热老化的碳烟起燃温度和活化能最低,分别为842.15 K和165.29 kJ·mol^(-1);热老化后碳烟表面碳氢官能团的支链化程度和含量下降,NO_(2)参与热老化的碳烟表面碳氢官能团相对含量最高;热老化后的碳烟表面O元素含量下降,在O_(2)/NO_(2)/N_(2)气氛下热老化的碳烟O/C摩尔比值最高为0.15;热老化后碳烟碳原子杂化程度降低且表面—C—OH和—C=O官能团含量均有所降低,热老化气氛中依次加入O_(2)和NO_(2)后的—C—OH官能团含量分别下降到0.21%及0.53%,而—C=O官能团含量分别增加至4.98%及5.98%。

生物柴油调合燃料匹配催化型颗粒物捕集器的排放与再生性能研究

以一台非道路增压中冷共轨柴油机为试验对象,将K_(0.2)-Ce_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)催化剂涂覆于柴油机颗粒物捕集器(DPF)的堇青石过滤体上,探究柴油机催化型颗粒物捕集器(CDPF)对生物柴油调合燃料燃烧污染物排放的影响规律,并开展了CDPF碳烟加载与再生特性的试验研究。试验结果表明,CDPF能够明显降低纯柴油和生物柴油调合燃料的碳烟和气态污染物排放,且对调合燃料的排放物降低效果更显著;CDPF负载催化剂对柴油机气体排放的改善效果受负荷影响较大,在标定工况下两种测试燃油NO_(x)排放较空白DPF时分别降低17.1%和24.3%,HCHO排放分别降低35.1%和43.6%,CH_(3)CHO排放分别降低28.4%和29.9%;DPF与CDPF两者对碳烟的捕集过程均包括深床捕集阶段、过渡阶段和滤饼层捕集三个阶段,碳烟加载过程中CDPF前后压差的升高速率明显低于DPF;与纯柴油相比,柴油机燃用生物柴油调合燃料时CDPF的前后压差升高速率有所降低,再生平衡温度向低温区间偏移,有利于实现低温再生。

SCR系统控制PODE/甲醇混合燃料NO_(x)排放的仿真

为了控制聚甲氧基二甲醚(PODE)/甲醇混合燃料的NO_(x)排放,基于Converge软件构建选择性催化还原(SCR)系统仿真模型,利用数值模拟探究SCR系统对PODE/甲醇混合燃料NO_(x)排放的影响.结果表明:随着质量比n(NH_(3))/n(NO_(x))的增加,SCR催化剂载体前的NH_(3)分布均匀性γNH_(3)、速度分布均匀性μ_(ν)和NO_(x)转化效率η(NO_(x))呈先升高后下降的趋势,而氨泄露量则逐渐增加,当n(NH_(3))/n(NO_(x))为1.3时,γNH_(3)达到最高值0.988,μ_(ν)达到最高值0.983,η(NO_(x))达到最高值81.4%;混合器可以有效提升SCR系统的性能.基于正交优化对SCR混合器进行优化后得出最优方案为混合器叶片数量为16个、叶片倾角为30°、叶片宽度为16 mm,并通过台架试验对优化方案进行验证,结果表明:柴油机1800 r·min^(-1),100%负荷下,混合器优化后的SCR系统的NO_(x)转化效率为75.4%,NH_(3)泄漏量下降了9.6×10^(-7).

甲醇/柴油双燃料发动机超低排放集成控制试验研究

在一台非道路共轨柴油机上增设一套甲醇喷射系统,实现了甲醇/柴油双燃料燃烧模式,在非道路国Ⅳ排放法规稳态八工况(NRSC)测试条件下,利用尾气分析仪和FTIR对比研究了纯柴油模式和双燃料模式的排放特性,并系统分析了DOC+DPF+SCR后处理系统对双燃料发动机尾气排放的转化效率。试验结果表明:甲醇/柴油双燃料燃烧模式的NO_(x)和Soot排放明显低于纯柴油模式,而CO、HC、甲醇和甲醛排放却高于纯柴油模式;经过后处理系统后,对CO和HC排放的转化效率高于99%,同时NO_(x)和Soot的平均降幅分别为84%和90%,而双燃料模式的甲醇和甲醛排放能够被高效氧化,平均净化效率在90%以上。NRSC测试结果表明双燃料发动机加装DOC+DPF+SCR后CO、HC、NO_(x)和PM比排放指标均低于非道路国Ⅳ和欧Ⅴ排放法规限值。

基于CAE的薄壁圆管分析及立体弯管轮模设计

对薄壁圆管弯曲进行CAE分析,仿真出弯管过程中的开裂,起皱,截面厚度等变化趋势,模拟出弯管参数;而后设计制造合理的弯管模具,试验弯管后得出结论,再与CAE相对比,得出减薄率以及弯管处变形率,并且设计出了得出合理的立体轮模,带有慢抽芯球头,主夹,防皱板的合格弯曲模具,同时通过试验以及批量化生产改进,有效避免了弯管中出现的开裂,起皱,划伤,圆管变椭圆率,弯曲部变形等现象,并提出了有效的预防措施。

基于CAE端盖拉伸模设计

介绍了一种端盖的模具设计方案。由假想冲压工步,到板料CAE分析验证,设计模具逐步实施。用Dynaform分析减薄率分布云图以及成形极限图,在不同压边力进行仿真模拟、防止材料起皱,拉裂等现象,逐步验证冲压工序以及成形状态。分析了批量生产条件下其冲压工艺过程及模具设计要点,通过对CAE仿真分析,找到了一条解决端盖深拉伸的开模途径。

La_(0.5)K_(0.5)Mn_(1-x)Fe_(x)O_(3)催化剂去除柴油机碳烟和NO的性能研究

通过柠檬酸络合法制备催化剂LaMnO_(3)和La_(0.5)K_(0.5)Mn_(1-x)Fe_(x)O_(3)(x=0.125,0.33,0.5),在微型固定床反应器中测试催化剂去除柴油机碳烟和NO的性能,同时通过XRD,H_(2)-TPR,Soot-TPR等技术对钙钛矿催化剂微观结构进行分析。结果表明:部分钾铁离子进入钙钛矿晶格内部,导致镧锰钙钛矿形成晶格缺陷,提高了催化剂中氧空位的数量;部分K^(+)与Mn^(3+)生成活性较高的钾锰矿,改变了碳烟与催化剂的接触状态,降低了碳烟起燃温度。催化剂活性评价表明:La_(0.5)K_(0.5)Mn_(0.67)Fe_(0.33)O_(3)具有最佳催化活性,对碳烟和NO具有较好的去除效果,CO_(2)浓度峰值温度为357℃,CO_(2)的选择性高达99.9%,NO最大转化率为61.7%。