柴油机起动性能及烟度优化的试验研究

为改善柴油机起动性能并降低起动过程的烟度,以某款国六轻型柴油机为研究对象,采用车载483烟度计实时测量起动过程烟度,开展起动转矩、轨压、主喷角度、起动过程开关废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)阀对柴油机起动性能和烟度影响的试验研究。试验结果表明:增大起动转矩能明显改善柴油机起动性能,轨压、主喷角度、起动过程开关EGR阀对起动性能影响不大;适当增大起动转矩、增大轨压、减小主喷角度、关闭EGR阀均能降低柴油机起动烟度。

氢能在重卡动力总成应用现状与展望

随着重卡销量逐年提升,对其低碳节能减排的要求越来越高;氢能是低碳环保燃料,在重卡动力总成应用日益广泛。当前,氢能在重卡动力总成应用主要有氢内燃机、掺氢燃烧内燃机和氢燃料电池三种方式。文章分析了当前氢能在重卡动力总成应用的技术研究和发展状态,并分析了三种动力总成方式的优缺点及发展战略。研究表明,基于国家对氢能支持发展的政策,氢能在重卡动力总成应用将得到发展,氢内燃机应加快开发验证;氢燃料电池解决技术瓶颈、成本等问题。通过对比发现,氢内燃机可以认为是氢能在重卡动力总成应用的过渡产品,氢燃料电池将是理想的重卡动力总成。

满足国六标准柴油车排放后处理关键技术研究

在柴油汽车执行国一排放标准之后,先后经历了六个排放阶段。并且在长期发展中,柴油车排放的标准越来越健全,污染物排放控制也逐渐严格,有关的测试方法越来越成熟,现阶段早已形成了世界先进水平。文章对柴油车国六排放标准开展了分析,探讨了相关项目研究成果,对应用推广及效益进行了分析,以期促进排放标准进一步发展。

铁基分子筛SCR反应组分沿催化剂轴向分布的数值模拟

建立铁基分子筛催化剂NH_(3)-SCR催化反应动力学模型,用来预测催化剂的NO_(x)还原性能和研究SCR反应组分的轴向分布,该模型包括NH_(3)吸附与脱附、NH_(3)氧化、NO氧化、NO_(x)还原及N_(2)O生成反应.结果表明:模型能较好地预测SCR反应中各组分浓度在催化剂轴向空间的变化规律;Fe基分子筛催化剂对物质的量n(NO_(2))/n(NO_(x))较为敏感,最佳n(NO_(2))/n(NO_(x))为0.5;受NH_(3)抑制效应影响,当温度低于300℃时SCR反应活性较低,但是当温度高于400℃时SCR反应活性较好.此外,发现Fe基分子筛催化剂SCR反应主要集中在催化剂的入口段和中间段,300℃、空速为60000 h^(-1)时在催化剂的前半段内可实现高达90%的NO_(x)转化率,催化剂出口段的利用率较低.最后,对模型的瞬态性能进行了考察,发现随着温度升高Fe基分子筛催化剂的瞬态响应可以得到改善.

柴油机SCR催化转化器的数值模拟

在实际应用中,选择性催化还原(SCR)系统中尿素水溶液的不完全分解容易导致在喷嘴、混合器和壁面等处形成沉积物,不仅降低NO_x转化效率,还会增加排气背压,影响发动机动力性能.采用数值模拟的方法对SCR系统内化学反应和流动过程进行研究,建立了SCR反应动力学模型,该模型能够较为准确地预测转化器出口各气体组分随时间的变化规律.将验证后的动力学模型和三维流动模型相耦合,考察SCR反应器内部化学反应和流动过程,并模拟了混合器对温度场、浓度场和壁膜的影响.结果表明:混合器能够显著提高催化器前流动及气体浓度均匀性,并有助于降低尿素沉积物生成风险.

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu分子筛催化剂的NOx还原性能.考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx还原反应.结果表明:Cu分子筛催化剂低温(<400℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高,而Fe分子筛催化剂高温(>400℃)时催化活性较高.考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR反应活性的差异,将Fe、Cu分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗.在标准SCR反应下,Fe分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu分子筛催化剂上游为最佳分区组合;Fe分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu分子筛催化剂上层为最佳分层组合,最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率.然而根据对Cu分子筛催化剂和最佳Fe-Cu分区组合催化剂的瞬态响应特性研究,发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性.通过优化氨氮比,提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率.

改善M100甲醇发动机低温起动性能的试验研究

针对M100甲醇发动机低温环境下难以形成足够浓度可燃混合气而导致的起动困难问题,从改善M100甲醇燃料雾化及提升混合气温度两方面开展了研究。采用空气辅助喷射器降低甲醇燃料喷雾粒径,促进其形成可燃混合气;采用进气加热方式将起动阶段进入气缸的甲醇混合气加热,提高甲醇蒸发速度,加速低温下甲醇混合气浓度达到着火界限。试验结果表明:空气辅助喷射器对改善M100甲醇燃料发动机起动性能有利,比普通甲醇喷射器的极限起动温度降低10℃;进气加热可加速甲醇混合气形成;两种方案组合可实现环境温度5℃下缸内着火。

涂层涂覆顺序对ASC催化剂的性能影响

氨气(NH_(3))作为一种有害工业废气,严重危害大气环境和人类健康。氨泄露催化剂(ASC)可将选择性催化还原(SCR)催化剂中泄露的NH_(3)氧化为N_(2),有效降低NH_(3)的泄漏量,是柴油车后处理系统实现超低排放的必备催化技术。开发兼具低的NH_(3)泄露和良好的N_(2)选择性的ASC催化剂是目前亟待解决的难题。通过改变SCR涂层涂覆顺序,设计了两种涂层结构的ASC催化剂,并围绕涂层涂覆顺序对NH_(3)转化效率、N_(2)选择性和排放等性能的影响进行系统研究。结果表明:对于两种ASC催化剂,新涂覆方案具有更高的NH_(3)转化效率和氧化选择性。SCR涂层涂覆顺序变更可在不改动配方及工艺的基础上,通过影响ASC上层SCR涂层上载量,提高ASC的N_(2)选择性,显著降低NH_(3)泄露。

封装结构对催化剂起燃性能的影响

对现有柴油机氧化型催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)进气导流结构进行优化,通过测试两种结构DOC老化前后的HC起燃性能,对起燃、老化过程及影响因素进行研究。结果表明:增加前整流板可以有效提高载体的内部温度以及流场的均匀性,最高流速从11.3m/s降低到10.6m/s,速度均匀性系数从0.947提升到0.961。柴油机颗粒捕捉器(Diesel Particulate Filter,DPF)再生时,DOC内部存在完全起燃、不完全起燃、无法起燃三种状态,随着HC喷射量的变化,三种状态互相转变,通过优化HC最大油量限制,能够防止HC泄露过大或者区域温度过高。封装结构导致的局部空速过大、催化剂老化后性能不足是催化剂老化后不起燃的主要原因,设计开发时结合流场仿真结果优化流场分布或选择合适的DPF传感器位置,可以改善再生效率,提高DOC的耐久性。

国六柴油机用铜基和钒基SCR催化剂特性台架对比研究

在发动机测试台架上对比研究不同温度、空速、氨氮比下铜基分子筛SCR催化剂和钒基SCR催化剂的NOx转化效率和氨存储特性。试验结果表明,对于铜基SCR催化剂,在低温区域200~250℃,温度对氮氧转化率影响明显,而空速影响甚微。温度对氨储存量影响极大,铜基SCR催化剂氨存储量随温度上升而快速下降,200℃时为1.5g/L,250℃为0.77g/L。对比而言,铜基催化剂低温性能优异,转化效率达到84%,明显高于钒基催化剂低温40%~60%转化效率;中温段(250~450℃)性能稳定,转化效率达到98%;高温段(450℃以上)效率较高,达到96%,且随着温度升高效率降低幅度较小。铜基分子筛催化剂性能整体优于钒基催化剂,从技术角度考虑,为国六后处理催化剂的优先选择。本试验研究工作获得的基础数据,可用于发动机数据标定。

国Ⅴ柴油机SCR系统结构对尿素结晶影响研究

针对某国Ⅴ商用柴油车SCR系统中出现的结晶问题,综合应用CFD模拟和台架试验进行分析研究,提出一系列结构优化和改进方案,改善了SCR前流场状态以及流体的流动均匀性和尿素均匀性,基本消除了排气系统在实际工况下的结晶风险,提高了全系统的抗结晶能力,保证了SCR系统的正常运行。通过对模拟结果和台架试验数据的比对分析,研究了流场分布以及混合器结构对结晶形成产生的影响。

氨分布对柴油机并联式 SCR 后处理系统 NO x 排放的影响

以国六并联式SCR后处理系统为研究对象,在13 L国六柴油机上,采用速度均匀性和氨分布均匀性仿真计算、两路SCR平均氨浓度分析和氨质量加权百分数仿真计算、氨分布均匀性试验、排放性能试验等方法,对两种仅混合器不同的国六并联式SCR后处理系统NO x排放进行研究。仿真分析研究表明:两路并联的SCR后处理系统速度均匀性和氨分布均匀性计算值在0.96~0.99之间,单个SCR装置的前端面氨浓度均匀性试验测试结果也在0.98以上,但两路SCR前端面的平均氨浓度相对偏差在5%~17%之间,会导致后处理系统NO x排放较差;氨浓度试验验证了仿真分析的正确性。排放性能试验表明,两路SCR前端面平均氨浓度偏差较大的后处理系统WHSC排放结果会恶化;可通过氨质量加权百分数相对偏差的仿真计算评估并联式SCR后处理系统催化能力,经试验对比建议计算评价标准设定为5%以内较为合理。

进气预热对柴油机低温启动性能影响的试验研究

为了研究进气预热对柴油机低温启动性能的影响,进行柴油机有、无进气预热及使用不同功率格栅预热下的低温启动性能试验。结果表明:柴油机低温启动采用进气预热时,第2个工作循环缸内开始着火且燃烧能自持;无进气加热时,柴油机启动前8个工作循环内无明显燃烧迹象,第9个工作循环着火后燃烧仍无法自持,缸内失火现象严重,直到第45个工作循环才能自持燃烧。试验样机预热60 s后,温度变化试验表明:采用1.8 kW的格栅预热进气比采用1.2 kW的格栅预热启动前和启动过程中气流最高温度分别提高90.2℃和77.8℃,缸内第1个工作循环温度提升约70℃,起始着火提前角提前2.26°。

基于Workbench排气系统固定支架有限元分析

排气管支架安装位置和数量对整个排气后处理系统的强度和可靠性有重要意义。某整车公司匹配的后处理系统在实际应用过程中出现排气管支架断裂以及导致的选择性催化还原箱损坏。应其要求分析固定支架断裂的原因。利用Workbench软件对整个排气后处理系统进行模态及结构应力分析。分析结果为设计缺陷。针对问题提出2种优化方案,均能解决固定支架断裂问题。

空气辅助和无空气辅助SCR系统排放和结晶对比

利用高速摄像技术,对比空气辅助和无空气辅助两种典型的SCR尿素喷射系统尿素喷雾粒径,并且以发动机台架试验为基础,通过排放循环和结晶试验对比来研究空气辅助和无空气辅助SCR系统的性能差异。结果表明,空气辅助喷射系统的喷雾粒径明显小于无空气辅助喷射系统,具有良好的喷雾特性;在相同的试验条件下,空气辅助喷射系统较无空气辅助喷射系统排放结果更好,结晶风险更低。

中冷后进气温度对国六柴油机NO_x排放的影响

为研究中冷后进气温度对国六柴油机NOx排放的影响,对中冷后进气温度与柴油机缸内燃烧温度和NOx浓度关系进行理论模拟和台架试验研究。模拟结果表明,柴油机缸内最高燃烧温度和涡轮后排气温度都随着中冷后进气温度的升高而升高;台架试验结果表明,提高中冷后进气温度有助于降低世界统一瞬态测试循环(world harmonized transient cycle,WHTC)废气中NOx的体积分数;一级中冷系统和二级中冷系统对WHTC瞬态循环中冷后气温的冷却效果对比表明,采用二级中冷系统能够较好地保证试验结果的一致性和有效性。

柴油机后处理系统材料腐蚀对催化剂性能的影响

研究后处理系统材料腐蚀对催化剂性能的影响。以NO_(x)转化效率为评价指标,通过对问题后处理系统样件进行台架性能复测、催化剂小样测试分析、电镜扫描和X射线能谱分析等,分析后处理系统材料腐蚀对催化剂性能的影响规律,并通过不锈钢材料性能分析和台架耐腐蚀测试进行材料优选。分析结果表明:沿气体流动方向的第一段A-SCR催化剂进气端和出气端NO_(x)转化效率不一致,催化剂进气端面被铁蚀导致催化剂NO_(x)转化效率下降;第二段B-SCR和第三段C-SCR/ASC催化剂NO_(x)转化效率和新鲜态样件性能差异很小。电镜扫描和X射线能谱分析结果表明:在第一段A-SCR催化剂进气端面发现有Fe、Ni等元素存在,锈蚀是催化剂NO_(x)转化效率下降的主要因素。不锈钢材料性能分析和台架耐腐测试验证结果表明,SUS444不锈钢抗腐蚀性能较好,满足关键零部件的使用要求。

不同海拔高度下柴油机低温起动性能试验研究

以某重型电控高压共轨柴油机为研究对象,利用高海拔环境模拟试验台,开展在不同海拔高度环境下柴油机低温起动性能试验,对比不同海拔高度下柴油机起动性能及燃烧差异,研究高原低温环境对柴油机起动性能的影响。试验结果表明:相同低温环境下,随海拔高度升高,柴油机起动需要的循环数增加,起动时间变长;高海拔环境下,柴油机起动第一个循环,缸内未有明显燃烧迹象,低温起动前期缸内双峰燃烧比例增加;随着海拔高度升高,缸内燃烧始点逐步靠近压缩上止点位置。

某型号柴油机低温起动性能优化

基于缸内燃烧理论对某型号柴油机低温起动困难问题进行分析,提出提高压缩比、采取不同进气加热方式、优化气门间隙3种措施提升缸内温度,并对改进后柴油机开展低温起动性能对比试验。结果表明:采用高压缩比可明显提升缸内压缩温度,利于改善低温起动性能;分缸加热可明显提升进气温度,相同加热时间下,分缸加热比格栅加热进气温度提升约53℃;气门间隙优化仅能小幅度提升缸内温度,对柴油机起动性能无明显改善。提高进气温度对提升柴油机低温起动性能有利,但小幅度提升缸内压缩温度并不能明显改善柴油机低温起动性能。

即插即用空气辅助尿素喷射系统控制策略优化

为减少环境污染,进一步降低柴油车尾气中NOx的排放,以尿素为还原剂的选择催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术已广泛应用于发动机的设计和改进。控制策略是SCR系统的核心技术之一,通过对一种即插即用空气辅助尿素泵的结构及工作原理的分析,对后处理尿素泵的控制策略进行分析和研究,提出相应优化解决方案以提升尿素泵的使用寿命和整车匹配适应性。