重型发动机氨排放特性的台架试验研究

在发动机台架上进行了ESC、ETC和WHTC循环的排放测试,使用可调谐激光二极管气体分析仪测量了10台重型发动机催化器后的氨排放水平。研究结果表明,以理论空燃比燃烧的气体机在WHTC循环三效催化器达到起燃温度后有氨排放产生,市郊工况中的高速加浓工况有助于氨排放的产生。对于使用SCR技术的柴油机,其氨排放与NO_x排放是互逆的,柴油机的氨排放水平远低于NO_x排放。柴油机在冷态WHTC循环的氨排放低于热态,氨排放峰值出现在市郊工况。     

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。     

国六SCR催化剂的性能试验研究

选择性催化还原技术(SCR)是国六柴油机控制NO_x排放的主要技术,为了对比国外后处理厂家和国内后处理厂家的铜基分子筛SCR催化剂性能,搭建了SCR催化剂的小样测试台架,对两种SCR催化剂进行了小样性能测试分析,包括稳态测试,瞬态测试,并介绍了相应的测试流程方法。测试内容覆盖了温度扫描,空速扫描,氨氮比扫描,NO/NO_x比例扫描,NO氧化效率,标准SCR转化效率,氨氧化效率和氨存储。试验结果表明,两种催化剂在不同试验条件下所呈现的性能变化规律基本一致,国外催化剂的NO_x转化效率比国内催化剂高3%左右,200℃条件下国外催化剂的氨存储量比国内催化剂高0.5g/L,两种催化剂的性能差异主要集中在低温区域。     

结构参数对Urea-SCR系统性能的影响研究

通过建立SCR系统数值模型,对柴油机SCR系统尿素水溶液喷雾分解和催化剂表面的化学反应过程进行模拟。结合台架试验,研究了喷嘴喷射角度α、催化器扩张角β和混合器及其安装位置等因素对SCR系统NO_x转化率、NH_3分布均匀性和液膜质量等的影响规律。结果表明:喷射角度和催化器扩张角的影响规律比较复杂,须根据具体情况选定;加装混合器后,可产生明显的排气旋流,有效延长UWS液滴的运动轨迹,促进其与排气的良好混合,明显提高SCR系统NO_x的转化率,它安装于喷嘴下游100～200mm处较为合理。     

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。     

基于PMP的Plug-in柴电混合动力汽车油耗与排放最优控制策略

综合考虑电池和SCR催化器在低温环境下的工作特性,针对低温下温度对Plug-in柴电混合动力汽车性能的影响,提出最短时间控制和燃油消耗最少问题。以SCR起燃温度和电池正常工作温度时间最短为优化目标,以电池温度、电池荷电状态(State of Charge,SOC)和SCR催化器温度为状态变量,利用极小值原理求得最优控制策略。通过仿真对比规则控制策略,分析了在不同低温条件下基于庞特里亚金极小值原理(Pontryagin’s Minimum Principle,PMP)的最短时间和最少油耗与排放优化控制策略对整车油耗和排放的影响。     

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.     

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。     

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。     

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)。     

SCR系统对公交车NO_X排放降低效果的研究

使用便携排放测试系统测试了3辆带有SCR系统的公交车在实际运行条件下的NO_x排放,对比喷射和不喷射尿素两种情况下的NO_x排放因子,计算了SCR系统对NO_x的降低率。结果表明:国Ⅳ柴油车由于其排气温度低,催化剂体积小,SCR系统对NO_x的降低率最低,只当车速高于30 km/h以后才能逐步显现出催化效果,NO_x平均降低率只有10%;国V天然气车SCR系统对NO_x的降低率最高,它在低速时排气温度就很高,且NO_x排放中NO_2的比例较高,使其SCR系统对NO_x的降低率基本上不随车速而变化,NO_x平均降低率达85%;国V柴油车介乎两者之间,使其SCR系统对NO_x的降低率约为70%。至于NO_x+HC排放,则是国V柴油车最低,国Ⅳ柴油车最高,国V天然气车由于其甲烷的排放量很高,使其NO_x+HC排放接近而稍低于国Ⅳ柴油车。     

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。     

面向控制的SCR催化转化器温度模型

为了建立面向控制的SCR催化器温度模型,根据能量守恒和质量守恒方程并考虑热平衡中所涉及的换热过程不同,建立了4种SCR催化器温度的数学模型,并利用Matlab/Simulink构建图形化的计算模型。采用柴油机欧洲稳态循环(ESC)和欧洲瞬态循环(ETC)条件下的台架实测数据对模型进行检验,基于最大离散程度、拟合度和计算时间3个指标对模型进行评价和比较。结果表明,考虑催化器与废气和周围环境对流换热的温度模型具有良好的预测精度和实时性,更适合用于SCR控制策略。     

逆流式混合器的设计及尿素结晶风险评估方法研究

传统双层管SCR混合器在排气温度低的工况易在混合器壁面形成尿素结晶。为解决此问题,设计了一种新型逆流式SCR混合器及其与喷嘴座的集成布置方案。利用CFD技术和台架试验相结合验证了逆流式混合器的预防尿素结晶能力和对NO_x排放的影响,并对尿素结晶机理及尿素结晶风险评估方法进行了深入研究,提出了基于"尿素结晶能量因子"比较不同工况尿素结晶风险的方法。对逆流式SCR催化器进行台架瞬态排放测试试验和30 h发动机台架尿素结晶验证试验,台架试验结果表明:逆流式结构混合器的瞬态NO_x转化率提高了1.8%,30 h台架尿素结晶试验表明逆流式混合器壁面未出现尿素结晶。     

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。     

重型柴油机尿素-SCR闭环控制系统的研究

针对重型柴油机尿素选择催化还原(SCR)后处理装置,提出了基于NOx传感器的闭环控制系统,介绍了该系统的硬件结构和控制策略.ESC和ETC循环试验表明,该控制系统能在不使用氨氧化催化剂的条件下使NOx排放和NH3泄漏量达到重型柴油车国V排放标准.     

国V柴油对车用柴油机排放影响的试验研究

采用AVL全流采样(CVS)系统,在3台国Ⅳ重型柴油机上进行了国Ⅳ、国Ⅴ柴油油品对排放影响的对比试验,试验使用ESC,ETC以及ELR测试循环。3台发动机均采用增压中冷+SCR技术路线,供油系统包括高压共轨和电控单体泵系统,排量范围为3.8～11.9 L。研究发现,无论是ESC循环还是ETC循环,国Ⅴ柴油相对于国Ⅳ柴油,均可以降低重型柴油机的PM和CO排放,但对NO_x,THC和ELR烟度没有明显影响。     

国Ⅳ SCR发动机瞬态循环下NH_3泄漏特性研究

对6台采用SCR后处理技术的国Ⅳ排放水平的发动机进行了瞬态ETC测试,分析其NH3泄漏特性。研究发现:低速时发动机反拖及小负荷工况下的NH_2泄漏量较大;高速时NH_3泄漏量较大,且随着负荷的增大呈现增大的趋势;排温突然升高或降低都可能导致NH_3泄漏。     

基于多因素神经网络模型的柴油机NO_x排放预测及试验研究

以发动机转速、进气量、循环油量、发动机出水温度、中冷后进气温度、进气湿度、排气背压、柴油温度作为输入,NO_x排放质量流量为输出,优化隐层节点和迭代次数,并经过样本训练,构建了NO_x排放预测模型。结合台架试验数据,验证了模型的泛化能力,其预测值与试验值间误差小于1.5%。在此基础上,利用模型进一步分析了试验因素的重要度和试验控制性。结果表明:发动机转速、循环油耗、中冷后进气温度、排气背压对柴油机NO_x排放的影响相对较高;进气湿度控制范围过宽,对NO_x排放测试结果影响高于其他因素。     

国V公交车实际道路排放特性研究

使用车载排放测试系统测试了北京市4种不同技术路线的14辆国V车辆的实际道路排放情况。结果表明,氧化催化器( DOC)能明显降低天然气公交车的CO排放,但其对THC的降排效果有待提高。采用EGR技术的天然气公交车在低速时NOx减排效果较柴油车好,但是高速时没有优势。使用SCR系统的柴油车CO和THC排放较低,但低速时NOx 排放较高。而天然气车由于排气温度较高,加装SCR系统后可有效降低NOx排放,效果最理想。天然气公交车的颗粒物质量排放远低于柴油车,但是由于稀释方式的影响,其核模态的颗粒物数量较多。