康明斯ISG柴油发动机SCR系统的工作过程分析

<正>康明斯ISG柴油发动机采用SCR(Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原反应)系统来处理氮氧化合物(NO_x)的排放量,其功能是将柴油发动机排气中的NO_x转化为氮气(N_2)和水(H_2O)。如图1所示,SCR系统的工作原理为:发动机控制模块(ECM)控制喷射单元将一定量的液体尿素(DEF)喷射到SCR催化器上游的排气管中,然后通过还原反应将NO_x转化成氮气和水,最终排放到大气中。     

国Ⅴ SCR后处理系统工作原理及典型故障分析

正SCR系统即选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction System),是应用于发动机排气系统,将排气中的氮氧化物(NO_x)进行选择性催化还原成氮气和水,以降低NO_x排放量的排气后处理系统。SCR后处理系统是国Ⅴ柴油机主流配置,分为空气辅助式和无气辅助式。1 SCR系统构成SCR系统由催化消声器、计量喷射系统、尿素罐、喷嘴、DCU、管路(尿素吸液管、喷射管、回液管,集成电     

玉柴三立SCR后处理系统解析

正柴油发动机产生的主要有害排放物是氮氧化合物(NO_x)和颗粒物(PM),目前,采用SCR后处理系统是有效控制NOx排放的方法之一。SCR是Selective(选择性)、Catalytic(催化)、Reduction(还原)的英文缩写。SCR后处理系统的工作原理是,将还原剂喷入排气     

柴油车固体SCR系统运行及NOx排放特性研究

利用汽车尾气实时监控平台获得了装有固体SCR系统柴油环卫车运行38天共135万条有效实时工况数据和排放数据,分析了固体SCR对柴油车NO_x排放的影响规律。研究结果表明:柴油车城市中行驶平均速度13.45 km/h,90%以上加速度点在±1.5 m/s~2范围内波动。该柴油车NO_x平均质量浓度为0.023 g/s,NO_x平均排放因子为4.17 g/km。随着速度升高,NO_x转化率逐渐升高。随着排气温度升高,NO_x转化率逐渐升高,后逐渐趋于平稳,在平均排气温度低于150℃时,NO_x平均转化率为61%,表明其能较大程度改善柴油车在排气温度低时的NO_x排放。     

采用Vmas系统检测分析汽车排放物的研究

采用美国20世纪90年代末期生产的汽车排放总量分析系统(Vmas),按汽车排放法规中规定的试验工况,对CA1020F汽车排气排放物进行测量和分析。结果表明,该系统用于汽车排放的测试分析是有效可行的;排气中HC主要产生于汽车减速工况,即油门突然减小、转速突然降低的工况,而CO和NO_x则主要产生于发动机负荷增大时的工况。     

基于多目标遗传算法的SCR系统氨覆盖率优化

基于单状态选择催化还原(SCR)模型,应用多目标遗传算法对SCR系统进行优化。获得了最优氨覆盖率目标值,优化了SCR系统NO_x排放和NH_3泄漏之间的此消彼长(tread-off)的关系,分析了催化器温度、空速和SCR催化器入口NO_x浓度对最优目标氨存储的影响。研究结果表明,催化器温度是最优氨覆盖率目标值的主要影响因素,最优氨覆盖率目标值随着温度的增大呈线性降低趋势。世界统一稳态测试循环(WHSC)和瞬态测试循环(WHTC)仿真结果表明,采用优化后的氨覆盖率图谱作为氨存储目标值,可在取得较低NO_x排放的同时限制NH_3泄漏。     

柴油机选择性催化还原系统NOx传感器的NH3交叉敏感性研究

针对选择性催化还原(SCR)系统中NOx传感器对NH_3的交叉敏感性问题,通过对发动机台架试验数据进行分析,研究了排气温度、氨氮比和空速3个因素对传感器交叉灵敏度的影响,建立了与3个影响因素相关的SCR催化剂反应模型,提出了一种SCR催化剂下游NO_x排放水平和NH3泄漏量的预测方法。Simulink仿真与发动机台架试验结果表明,该方法在一定程度上可有效预测NO_x传感器的准确性。     

重型柴油机尾气NO_x的SCR概述

随着车辆数目的日益增多,汽车尾气污染日趋严重,为了降低柴油机尾气中NOx对大气的污染,SCR(Selective Catalytic Reduction)是一种有效的控制方法。文中着重对SCR降低柴油机尾气中NOx的还原剂喷射和混合管道进行了优化设计。一般认为,柴油机仅仅依靠机内优化措施不能满足欧Ⅳ排放限值的要求,达到第Ⅳ阶段排放标准必须采用排气后处理系统技术。在众多的柴油机排气后处理措施中,选择性催化还原技术最有前途,尤其针对柴油机的NOx排放。     

一种减少二氧化碳和氮氧化物排放的有效解决方案

燃油耗低和低速扭矩大的涡轮增压柴油机动力总成在欧洲轻型载货车市场占有较大份额。预计,全球二氧化碳(CO_2)排放法规和用户对燃油价格的期望,会进一步迫使发动机提高燃油效率。但是,法规对氮氧化物(NO_x)和颗粒排放的限制可能会进一步增加柴油机动力总成的成本。对价格敏感度最高的1 400 kg以下紧凑型车型需要寻求一种替代方案,以面对CO_2排放限值的挑战,并保持对用户的吸引力。对小型化和降低转速的汽油机理念进行了研究,与此同时,通过提高平均有效压力来满足性能要求,以保持车辆良好的操控性能和起动性能。解决这一问题的关键措施是采用汽油直接喷射燃油系统。因为缸内汽油直接喷射和对进气进行分开控制,可以在不增加碳氢排放的情况下增强扫气效果。缸内汽油直接喷射还具有冷却充量的好处,有利于避免增压发动机的爆燃现象。研究了汽油直接喷射的几种可选方案,包括多孔式和单孔轴针式喷油嘴,以及侧向布置与中央布置的对比。对排量减小至1.2 L的涡轮增压3缸机和4缸机的基本结构进行了研究。减少气缸数有利于改善碳氢排放、热损失和扫气效率。从安装和成本方面考虑,减少气缸数也有一定好处,其次要考虑的是排气后处理系统。理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射汽油机可以采用传统的三效催化转化器,故成本最低。分层燃烧直接喷射汽油机预计需要附加稀燃NO_x捕集器,而满足欧6标准的柴油机则需要附加柴油颗粒过滤器(DPF),并可能要采用NO_x后处理系统。虽然,目前对满足欧6 NO_x排放标准的后处理系统尚不了解,但增加的DPF、带稀燃NO_x捕集器的DPF,或带尿素选择性催化还原的DPF系统,都会使发动机在成本和安装方面面临挑战。对3缸涡轮增压直接喷射汽油机和其他发动机在降低CO_2排放与系统成本之间的价值权衡进行对比分析,并给出了结论。分层燃烧涡轮增压直接喷射汽油机与进气道燃油喷射4缸基本型汽油机相比,其CO_2排放量减少22%以上。采用可变气门驱动装置和传统三效催化转化器的理论当量比燃烧直接喷射汽油机的CO_2排放有可能减少18%。在欧6排放水平下,理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射3缸汽油机动力总成具有理想的使用价值。在无稀燃后处理系统的情况下,如果3缸涡轮增压柴油机能满足NO_x排放标准的要求,则其价值能与汽油机的相当。因发动机本身NO_x排放较高而需要采用稀燃后处理系统的动力总成劣势明显。基于紧凑型汽车对价格的敏感性,根据价值分析预测,3缸涡轮增压直接喷射汽油机符合动力总成的选择要求。     

脉冲喷射C_3H_6的新型NSR技术研究

稀燃发动机具有燃料消耗量低的优点,但其缺点是NO_x排放值较高。传统SCR技术由于体积较大无法在轻型乘用车上应用,针对稀燃发动机的NO_x去除主要是通过NSR催化剂来实现,但是其难以解决的问题是高温和高空速时的NO_x转化率较低。通过试验研究,提出了一种针对稀燃发动机排气中NO_x去除的新型NSR技术,其原理是通过在NSR催化剂前端以一定的频率脉冲喷射碳氢还原剂,在NSR催化剂上能形成具有还原性的活性中间物种—CN和—NCO,C_3H_6脉冲喷射期间,活性还原物种不断生成、消耗,从而来还原NSR催化剂上吸附的NO_x,NSR催化剂实现再生。采用此项技术,发动机可一直运行在稀燃工况,避免切换至浓燃状态,而且运行简单,控制成本较低。研究结果表明此技术拓宽了NO_x去除的温度窗口,在排气温度为350～550℃区间均能保持90%以上的NO_x转化效率。另外,对此系统的关键影响参数也进行了探究:反应温度、空速、碳氢燃料喷射频率与喷射量、空燃比。     

欧Ⅳ发动机排气后处理技术

随着人们环保意识的不断增强,汽车排放法规不断升级,对汽车尾气排放的要求越来越严格。国际上某些公司已针对欧Ⅳ排放法规开发了一种整体式发动机和排气后处理系统,文章叙述了针对欧Ⅳ排放要求的某型号发动机排气后处理技术,详细论述了车用选择性催化还原(SCR)排气后处理系统的工作原理、关键结构及其技术要求,从而呈现了欧Ⅳ与欧Ⅲ发动机的主要技术差异,及其发动机尾气处理的研究方向和发展趋势。     

欧5商用车发动机的冷却系统及其部件

贝洱公司开发的(减少柴油机NOx排放对策的)冷却废气再循环(EGR)和间接中冷器(iCAC)系统不需要像选择性催化还原(SCR)那样的排气后处理系统或另建加尿素站,就能满足欧5的排放要求.     

摩托车欧Ⅲ排放控制技术知识问答(7)

19何为利凯特RLO技术方案?答：虽然排放物CO、HC和NO_x受空燃比影响,但在空燃比＜16的范围内,CO和NO_x存在一种对应关系：当CO排放高时,NO_x排放就低；CO排放低时,NO_x排放就高。这为控制排放提供了理论基础。利用这一对应关系,并考虑摩托车动力性,把摩托车的空燃比往偏浓方向移(Rich-burn),使CO排放值升高,NO_x排放值降低,如果调整得当,可以使NO_x值降得很低,达到0．15g/km以下,然后再利用催化后处理技术,大气量二次补气(Large air injection)加氧化型催化剂(Oxidation catalyst)来对CO、HC进行处理,使排放值达到欧Ⅲ标准要求。     

发动机燃用含水乙醇汽油的排气噪声及排放特性试验研究

在不改变发动机参数的情况下,在电喷汽油机上进行台架试验,对比分析了燃用含水乙醇汽油(E20W)和纯汽油(E0)的排气噪声、排气温度及排放特性。试验结果表明:相较于纯汽油,在低转速下燃用E20W产生的排气噪声要低于纯汽油,最大降低7.4%;在中、高转速时,二者产生的排气噪声相差不大;另外,燃用E20W的排气温度要高于纯汽油,平均增加5.3%;汽油机燃用E20W可以大幅降低HC和CO排放,分别平均降低10.4%和33.6%,但NO_x和CO_2排放升高。综合来看,含水乙醇汽油E20W可以直接应用于试验发动机,并能起到降低排气噪声和减排的作用。     

中冷后进气温度对重型柴油机NOX排放性能的影响分析

中冷后进气温度是影响选择性催化还原(SCR)转化效率的重要因素。文章以一台某厂家重型柴油机为研究对象,在发动机台架测试系统上运行世界统一瞬态循环(WHTC)工况,通过全流稀释采样系统(CVS)检测排气中原机NO_X排放值以及SCR催化器后的NO_X排放值。结果表明,当排气温度为42～62℃时,提高中冷后进气温度能够有效提高增压中冷柴油机的排气温度,但也使得原始排气中的NO_X排放值增大;排气温度的提升使得SCR的转化效率得以提升,但由于原始排气中NO_X排放值的增大,SCR的转化效率呈现先增大后减少的趋势。     

尿素选择性催化还原系统的催化剂分析技术——催化剂反应过程模拟

作为一项极有前途的能降低柴油机氮氧化物(NO_x)排放的技术,尿素选择性催化还原(SCR)系统受到了广泛关注。开发了尿素SCR催化反应模型,用于分析催化剂表面尿素的分解反应及其详细的化学反应。通过对催化转化器内部的直接测试分析,证实了尿素分解反应模型的有效性。采用新开发的模型,可以成功地预测安装尿素SCR系统的车辆在各种实际行驶条件下的废气(如NO_x和氨)排放性能。     

柴油机DOC+SCR系统NO_x转化效率影响因素研究

为了研究柴油机DOC+SCR系统NO_x转化效率的影响因素,利用AVL Boost仿真软件对催化器的化学反应过程进行了数值仿真及试验验证。结果表明,建立的仿真计算模型能很好地模拟DOC+SCR系统的催化反应过程。DOC+SCR系统中,NO_x的最佳转化温度范围为280℃~500℃,在最佳反应温度范围内,排气流量对DOC+SCR系统的NO_x转化效率基本没有影响,前置DOC在保证排气中NO/NO_2的比例不同时,NO_x转化效率都能保持在较高水平,排气中NO_2占比的增加对NO_x转化效率的提升作用非常小。     

随排放升级排气系统的材料发展趋势

不锈钢主要应用在汽车排气系统中，排气系统所处的环境本身十分恶劣，内部废气成分复杂，并且随排放升级，尿素．选择性催化还原（SCR）技术被广泛应用到柴油机排气处理中，尿素分解产物会与汽车废气混合形成热氧化环境，对排气管等不锈钢构件在冷凝液中的腐蚀性能具有较大影响。本文首先论述了汽车排气系统的结构和使用的材料，接着论述了过去汽车排气系统的材料使用变化情况和未来的发展趋势。     

正确使用 降低排放

不管是在国外还是在国内,汽车内燃机的排放已成为大气污染的主要来源。汽车排气的污染物主要有CO、HC、NO_x。CO是烃燃料在空气不足的情况下,燃烧不完全的产物;HC是由未燃的燃料,不完全燃烧或部分被分解、氧化的产物;NO_x是高温燃气中少量氮被氧化成NO、NO_2的产物。 汽车排放这些污染物质的多少     

控制稀燃汽油机NOx吸附-还原催化转化器再生过程的试验研究

针对汽油机稀薄燃烧排放控制的特殊要求,研制了一套适用于稀燃汽油机的电控节气门(ECT)系统.该系统可控制稀燃发动机周期性的短暂工作于浓混合气状态,满足NOx吸附-还原催化转化器的工作要求,降低稀燃发动机的NOx排放.并在混合气浓度改变的同时实现对点火时刻和节气门开度的连动控制,维持发动机输出功率稳定.实验结果表明,稀混合气燃烧配以NOx吸附-还原催化转化器进行排气后处理可使NOx排放最低达50×10-6,最高转化率达91%,该系统是解决稀燃及其排放问题的可行方案.