基于正交试验理论的消声器优化设计

正交试验理论的提出,为复杂结构消声器的设计提供了一种新思路.文中以某重型车辆排气消声器的第二隔板位置、出口管穿孔率、连接管直径及连接管穿孔率作为水平因素,510～640 Hz内消声器的传递损失总和作为评价指标,基于正交试验理论,利用GT-power软件得出不同水平因素下的评价指标;根据正交试验分析表,对消声器的内部结构进行优化.结果表明,优化后消声器在高频段的消声性能明显优于原消声器,且与原消声器相比其通过频段明显减少.     

集成式催化消声器三维声场仿真及试验研究

在有流速和无流速情况下,对某型号集成式催化消声器采用双负载法测量其传递损失,并与ACTRAN软件仿真结果进行对比分析。利用该软件对消声器结构进行优化,研究不同消声器结构参数(内插管孔数量、挡板上孔数量、内插管管径)对消声效果的影响并进行评价,声场分析结果对催化消声器的设计有一定指导作用。     

SCR载体尺寸对背压及NOx转化效率的影响

基于发动机台架试验研究了不同选择性催化还原（SCR）载体尺寸的性能差异。结果表明：SCR 载体尺寸会显著影响 SCR 系统的性能,载体长度增加导致排气背压明显增大,但SCR 系统的氮氧化物（NOx）转化效率提升不显著;增大载体直径可同时实现排气背压降低和NOx 转化效率提升;当排气温度高于尿素起喷温度时,加大尿素喷射量后,相比于直径为118.4 mm 的 SCR 载体,直径为 143.8 mm 的 SCR 载体性能可提升 2 倍。     

集成喷嘴式SCR性能对比研究

介绍应用FLUENT软件对集成喷嘴式选择性催化还原(SCR)技术和非集成喷嘴式SCR进行流场分析,同时在发动机台架上进行2种SCR方案转化效率试验、压力损失试验、排放循环试验和氨泄漏试验。分析与试验结果表明,非集成喷嘴式SCR的速度均匀性为0.965,压力损失为9.75kPa,均好于集成喷嘴式SCR均匀性0.940和压力损失11.02kPa;两者温度场分析结果一致和转化效率相当,瞬态排放循环ETC结果都能满足国家要求;但瞬态排放循环过程中集成喷嘴式SCR的氨泄漏峰值为28.1×10~(-6),平均值为5.7×10~(-6),明显好于非集成喷嘴式SCR的氨泄漏峰值120×10~(-6),平均值25.7×10~(-6)。     

蜂窝载体负载V_2O_5-WO_3/TiO_2NH_3-SCR试验研究

针对一使用SCR技术满足欧Ⅳ排放标准的柴油机排气特征,在连续流动固定床反应器上利用NH3作还原剂对一纳米级V2O5-WO3/TiO2催化剂的选择性催化还原NO进行了试验研究,分析了不同温度、空速、NH3与NO物质的量比对NOx转化性能的影响。试验结果表明,温度对催化还原性能的影响最大。在低温下,NOx的转化效率很低,随着反应温度的升高,NOx转化率随之急剧升高,在300℃~450℃范围内达到较高的NOx转化效率;随着NH3与NO物质的量比的增加,还原效率并未明显增加,但NH3的氧化和泄漏越来越严重;空速对低温还原效率也存在影响。     

大型柴油机高氮氧化物转化率的排放控制系统的研发

选择性催化还原(SCR)系统已被证明是大型柴油机控制氮氧化物(NOx)排放的有效方案。未来的大型柴油机被设计为有更高的NOx排放量,以提高燃油经济性,这需要越来越高的NOx转化效率以满足排放法规要求。为此,未来的后处理设计可采用先进的技术,如选择性催化转化(SCR)涂覆颗粒滤清器(SCRF)和涂覆在高孔隙度直通式载体上的SCR,以获得高转化效率。评价了不同的高NOx转化效率系统。首先,通过使用SCRF单元和附加的涂覆在高孔隙度载体的SCR涂层,设计了高性能的NOx控制催化剂。第二,评价了不同的控制策略,以了解还原剂剂量策略和热管理对NOx转化效率的影响。在1台大型柴油机上进行瞬态循环试验。提高氨投入量而不是尿素可进一步提高转化效率,尤其是在低温下无法喷入尿素的时候。此外,实施热管理改善了低温时的NOx转化效率。结果证明,这种系统加上发动机控制策略的改进可以使瞬态FTP测试循环中的NOx转化效率达到95%以上,从而可使柴油机满足未来排放法规和燃油经济性的目标。     

紧耦型SC R催化器混合段的性能研究

应用Fluent软件对紧耦型SCR催化器两种混合段方案进行压力损失、温度场、速度场分析,在发动机台架上进行两种混合段方案的转化效率试验、压力损失试验、排放循环试验、氨泄漏试验.分析与试验结果表明:单层管混合结构的速度均匀性为0.97,压力损失为9.32 kPa,均好于双层管混合结构,后者的速度均匀性为0.948,压力损失为10.82 kPa;两种混合段方案的温度场分析结果一致,且瞬态排放循环WHTC结果都能满足国家要求,但低温工况时,双层管结构SCR的转化效率和氨泄漏情况明显好于单层管结构SCR,瞬态排放循环WHTC过程中双层管混合结构的氨泄漏体积分数峰值为29.5×10-6,平均值为4.2×10-6,而单层管混合结构的氨泄漏体积分数峰值高达263×10-6,平均值为15.8×10-6.     

复杂穿孔管结构消声器消声性能研究

应用声学有限元和边界元方法对复杂穿孔管结构消声器进行了声学性能的分析计算.仿真结果与试验结果的对比表明,二者吻合性较好,验证了应用声学有限元和边界元方法可以比较准确地预测消声器的消声性能.对不同穿孔管结构参数的消声器进行了传递损失计算,分析了穿孔管主要结构参数对消声器消声性能的影响.采用所提出的消声器优化设计方案,可改善消声器消声效果.     

高温气流对穿孔管消声器声学性能的影响

使用GT-POWER软件计算了直通穿孔管消声器和三通穿孔管消声器静态时的传递损失,并与实验测量结果进行了比较以验证软件的计算精度和适用范围.计算并分析了有高温气流存在时上述2种消声器的传递损失.为改善三通穿孔管消声器的低频消声性能,还研究了有端部共振器的三通穿孔管消声器的声学性能.     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。     

Simulation Study on Thermal Management Strategy to Achieve 99 % SCR Efficiency of a Heavy-Duty Diesel Engine over a Transient Cycle

In this study, NOx conversion characteristics of a urea selective catalytic reduction (SCR) system equipped on a heavy-duty diesel engine were evaluated through engine dynamometer bench tests over a scheduled world harmonized transient cycle (WHTC). Also, based on transient SCR simulations, the thermal management strategy to improve SCR NOx conversion efficiency was investigated. As a result, it was found that a selective increase in exhaust temperature at low temperature period would be a useful measure to increase SCR efficiency on WHTC mode. From the baseline SCR efficiency of around 98 % on WHTC mode, the current simulation results have shown that around 99 % level of SCR efficiency would be achievable by increasing exhaust temperatures with modifying diesel exhaust fluid (DEF) dosage. Another valuable contribution of this study is that the design guidelines for controlling exhaust temperature and DEF injection to obtain a target NOx conversion efficiency are presented for SCR systems of heavy-duty diesel engines on transient operating conditions.     

柴油机尿素 SCR 反应特性的试验研究

利用可独立控制尿素喷射量的SCR系统,通过柴油机台架试验,研究了钒基催化剂温度和空速对SCR催化还原反应NOx 转化效率和反应速率的影响,以及尿素喷嘴安装位置对转化效率的影响。结果表明：NOx 转化率随着氨氮比（NH3与NOx 物质的量之比）的升高而逐渐升高,由于尿素水解和热解不完全等因素,氨氮比上升到2时NOx 转化率才可达到最大;NOx 转化率随着催化剂温度升高而升高,到400℃时基本趋于稳定,NOx 转化率随空速升高略有下降;SCR反应速率随温度的升高而升高,随空速的变化不明显;相同氨氮比时,尿素喷嘴与催化剂的距离增加,有利于NOx 转化率的升高。     

国产车用尿素可替代性试验研究

使用商业钒基SCR催化转化器和某国Ⅳ重型柴油机,在AVL发动机台架上对3种国产车用尿素进行了相互替代性试验,研究中考虑了不同尿素对SCR催化转换器的起燃特性、动态响应、NOx转化率和NH3泄漏等性能的影响。试验排气温度为160～440℃,n(NOx)∶n(NH3)(物质的量之比)从0.8变化到1.2。研究发现:相同条件下3种尿素对SCR系统起燃温度基本没有影响,ESC和ETC循环NOx转化率都在70%以上,同时对其他常规气态排放和NH3泄漏没有明显影响,可以互相替代使用;相同条件下,单位体积尿素溶液中尿素含量越高,SCR系统动态响应越快,ESC和ETC循环NOx转化率越高。     

车用空气滤清器减声量优化研究

针对某车用空气滤清器分别设计了导流管、1/4波长管和穿孔板结构,并以减声量为评价指标对各种措施的应用效果进行了分析.结果表明,在原空气滤清器上增加3种消声措施后,在保持原空气滤清器宽频带较高消声效果的同时,有效提高了频率在295 Hz、620 Hz和750 Hz下的减声量;改进后空气滤清器的整体减声量为87 dB,比原型提高14dB,对空气滤清器的结构改进达到了较为满意的效果.     

分子筛型SCR对车用柴油机排放改善的试验研究

商用车柴油机多采用DOC+SCR的后处理系统来满足国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的要求,而不同类型SCR的催化特性对最终污染物排放影响也不同。试验获取了一支铜基分子筛型SCR,基于1台2.8L柴油机和一支钒基SCR,运行了车用柴油机稳态循环(ESC)和瞬态排放循环(ETC),研究并分析了其对柴油机污染物的减排特性。结果表明,相较于钒基SCR,运行ETC循环时分子筛型SCR对发动机NOx和PM排放的减排效率分别提升19%和33%;分子筛型SCR对NOx的低温转化效率更高,且由于对排气流量不敏感,在高空速工况下其转化效率显著高于钒基SCR;分子筛型SCR对颗粒物个数的减排效率弱于钒基SCR,达7%以上,容易将大质量颗粒物分解为小质量颗粒物;两种SCR均对CO和HC具有一定的减排效果,减排率可达20%左右。     

简单扩张式消声器与穿孔管消声器对比研究

在汽车噪声中,发动机排气噪声是主要的噪声源之一,而使用排气消声器则是降低发动机排气噪声的最有效途径。使用三维声学软件Sysnoise和CFD软件Fluent,对比分析简单扩张式消声器与大穿孔率穿孔管消声器的传递损失与阻力损失。得出结论大穿孔率穿孔管消声器与简单扩张式消声器相比,声学性能两者相当;但前者流体动力学性能好,而且阻力损失较后者明显偏小。     

前置DOC对SCR系统柴油机NO_x排放的影响

对装配前置DOC和无DOC的SCR系统柴油机进行稳态和瞬态试验,研究了前置DOC在不同循环状态下对NOx排放的影响。结果表明:前置DOC能显著提高SCR入口处NO2与NOx的体积比V(NO2)∶V(NOx),加速SCR反应,提高NOx转化效率,改善NOx排放;在ESC非怠速工况下,DOC对V(NO2)∶V(NOx)的影响会随着排气中氧含量和排气温度、空速的提高逐渐降低;温度超过一定范围时,NH3对O2的选择性突然提高,V(NO2)∶V(NOx)对NOx转化效率的影响将减小;DOC内氧化反应产生的热量有限,不足以提高SCR入口处排气温度,而DOC陶瓷载体的储热特性在瞬态循环下会对SCR入口温度产生一定影响,但这并不是改善NOx排放的主要原因。     

Effect of Hydrothermal Aging over a Commercial DOC on NO<Subscript>2</Subscript> Production and Subsequent SCR Efficiency

In this study, the effect of hydrothermal aging over a commercial diesel oxidation catalyst (DOC) on deterioration in nitrogen dioxide (NO₂) production activity has been experimentally investigated based on a micro-reactor DOC experiment. Through this experimental result, the NO₂ to nitrogen oxides (NOx) ratio at DOC outlet has been mathematically expressed as a function of DOC temperature according to various aging conditions. The current study reveals that the catalyst aging temperature is a more dominant factor than the aging duration in terms of the decrease in NO₂ production performance through DOC. The DOC sample hydrothermally aged for 25 h at 750 °C has displayed the lowest NO₂ to NOx ratio compared to the samples aged for 25 ~ 100 h at 650 °C. Also, in this study, the impact of hydrothermal aging of a DOC on the selective catalytic reduction (SCR) efficiency in a ‘DOC + SCR’ aftertreatment system was predicted by using transient SCR simulations. To validate the SCR simulation, this study has conducted a dynamometer test of a non-road heavy-duty diesel engine with employing a commercial ‘DOC + SCR’ system on the exhaust line. The current study has quantitatively estimated the effect of the variation in NO₂ to NOx ratio due to the hydrothermal aging of DOC on the NOx removal efficiency of SCR.