重型柴油机DPF非线性非稳态碳载量估算方法研究

通常可以使用压差传感器估计柴油机微粒捕集器(DPF)中的碳载量，但其在较低排气流量时的非线性和非稳定状态下，准确性会严重下降。为了提高精度，建立了新的碳载量估算方法，以计算DPF中的炭烟累计量，从而提高主动再生触发时间的精度。该模型基于发动机炭烟排放和DPF内的炭烟氧化平衡，由炭烟排放模型、NO₂被动再生模型和炭烟高温氧化模型3个子模型组成。测试验证是基于全球统一瞬态试验循环(WHTC)进行的。试验结果表明，在载碳形成过程中，碳载量计算值与实测值的平均误差为4.6%。随着排气温度和NO₂浓度增加，被动再生加快，主动再生间隔延长。     

SCR催化剂铂中毒对DeNOx性能影响的研究

随着排放法规日趋严格,DOC-DPF-SCR后处理系统越来越广泛地应用于柴油机。位于SCR催化剂上游的DOC催化剂,其主要活性组分为贵金属铂、钯,氧化态贵金属在高温时可以气化,并能随排气迁移至SCR催化剂表面,在SCR催化剂上沉积,造成SCR催化剂贵金属中毒。将台架试验后中毒的催化剂制备成小样,并对催化剂进行了性能探究,发现贵金属中毒主要影响DeNO_x的高温阶段(300℃以上)效率;同时在试验室制备两种模拟中毒样件:掺杂涂覆样件和表面涂覆样件,研究了SCR催化剂Pt中毒的现象并分析中毒后的反应机理。掺杂涂覆500×10^-6样件试验结果表明,贵金属中毒后催化剂氧化能力显著提升,氨气泄漏量在350℃降低至0;而选择性还原能力大幅下降,NO_x转化效率在450℃下降至56.3%。表面涂覆50×10^-6样件试验结果与掺杂涂覆500×10^-6相当。两种涂覆方法研究结果表明,中毒主要发生在表层,导致内层催化剂利用率低,吸附的氨气很难传递进催化剂内层,被直接氧化为NO_x和N₂O,导致NO_x转化效率降低。     

DPF不同累炭方式对比研究

研究了柴油车用颗粒物捕集器(DPF)采用不同累炭方式进行加载时，累炭速率、积炭分布和颗粒物排放随工况和炭载量的变化规律。试验结果表明：对于累炭速率曲线较为平缓的工况，更适合通过控制时间长度来制备不同累炭比例的DPF,对于累炭速率不稳定的工况，不适宜制备低比例累炭量的DPF; DPF内部颗粒物的分布与工况呈现很强的相关性，相似的稳态工况下，无论是用发动机台架试验还是整车试验，DPF内部颗粒物分布规律相似；稳态和瞬态累炭工况下，颗粒物数量和质量排放均随着炭载量的增加出现先高后低的变化规律。     

CDPF主动再生对SCR性能影响的试验研究

基于某国六小缸径柴油机加载DOC+CDPF+SCR后处理测试台架,进行了8 g/L碳载量下CDPF主动再生及降怠速(DTI)再生试验,研究分析了CDPF主动再生对涂覆不同催化剂SCR工作特性的影响。结果表明：由于混合器作用,CDPF主动再生对SCR入口面温度分布均匀性影响较小,主动再生期间SCR入口温度平均约为580℃;主动再生稳定期间,两种催化剂涂覆方案下,NO_x转化效率均较低,铜基分子筛SCR的NO_x转化效率约为80.3%,钒基SCR约为32%,前者稳定性较好;DTI主动再生试验时,主动再生前,NO_x转化效率随SCR入口温度的升高逐渐升高,入口温度为401℃时达到这一期间最高值,约为99.3%;主动再生稳定后,转化效率随温度升高而降低;当工况突变为怠速工况时,SCR入口达到最高温度,约为582℃,此时转化效率为82.2%,氧浓度升高,致使NO_x转化效率迅速升高至较高值后保持稳定,转化效率稳定于99.5%,直至温度较低时转化效率下降。     

铜基SAPO-34催化剂原位合成及台架性能研究

使用磷酸三乙胺为结构引导剂与磷源,原位制备Cu/SAPO-34-z催化剂,考察其经800℃-10%-24 h条件处理前后的催化活性,结合XRD,SEM,TG,BET等表征手段分析理化特性,并进一步验证其发动机台架性能。结果表明：磷酸三乙胺制备的SAPO-34分子筛结晶度更高,比表面积达到了682 m²/g,粒径集中分布在1～3μm;焙烧过程中,由于铜铵络合物分解,致使350～450℃区间内失重加剧;高温水热处理对Cu/SAPO-34-z催化剂低温活性影响较小,温度窗口由173～515℃劣化至173～445℃。台架性能测试结果显示：自制SCR样件200℃时NO_x转化率超过90%,220～450℃接近100%,即使空速增至60 000 h^-1,NO_x转化率仍超过98%;温度对氨存储量的影响远大于空速,3种空速下温升导致的降幅分别是86%,86%,57.5%;氨存储率越高,NO_x转化率越高,且变动幅度受温度与空速影响越低;空速越高,氨逃逸量越高;温度越高,尿素停喷前后氨逃逸量差值越小...     

排气温度、排气流量和海拔高度对SCR系统NOx转化率和NH3泄漏量的影响研究

为研究不同海拔下SCR系统性能,分别在80、90、100 k Pa大气压力下对一台满足国五排放标准的高压共轨柴油机进行性能与排放试验,以研究排气温度、排气流量和海拔变化对NO_x转化率和NH₃泄漏量的影响。结果表明:在排气流量为350 kg/h情况下,NO_x转化率随排气温度升高呈现先增后减的趋势,不同温度下NO_x转化率最大差值为43.4百分点;NH₃泄漏量随着温度的升高大体上呈下降趋势,不同温度下NH₃泄漏量最大差值为328×10^-6;NO_x转化率随排气流量升高呈现先增后减的趋势,在250℃时,不同排气流量下NO_x转化效率最大相差21.5百分点;NH₃泄漏量随排气流量的增大而增加,在250℃时,不同排气流量下NH₃泄漏量最大差值为90.8×10^-6。相同工况下,海拔越高,NO_x转化率越高,NH₃泄漏量越小,大气压力为80和100 k Pa下NO_x转化率最大相差20.1百分点,NH₃泄漏量最大相差54.6×10^-6。     

氨-生物燃料双燃料发动机的燃烧与排放特性

针对双碳目标,应用低碳/零碳燃料是实现内燃机高效清洁燃烧的有效途径。本研究基于一个双燃料柴油机台架开展,缸内直喷燃料分别选用柴油、生物柴油/汽油混合燃料(BG70)和生物柴油/汽油/乙醇混合燃料(BG50E20);氨为进气道喷射,能量替代率为0～28%。试验工况为1 200 r/min、0.8 MPa指示平均有效压力(IMEP)。对比分析了不同燃料的一氧化碳(CO)、总碳氢(THC)、氮氧化物(NO_x)排放以及颗粒物粒径分布。结果表明：单燃料模式下,BG70和BG50E20的指示热效率高于柴油。BG70的CO排放相比柴油降低30%,但THC和NO_x排放在3种燃料中最高。BG70和BG50E20的总颗粒物数量(TPN)排放低于柴油。相比各燃料单燃料模式的燃烧与排放性能,添加氨后的3种燃料的指示热效率降低1%～2%;CO排放增加约1倍;柴油和BG70的NO_x排放减少接近50%,BG50E20的NO_x排放减少约30%。另外,氨的加入对BG70和BG50E20的TPN有显著影响,当氨能量替代率从0增长至28...     

降怠速工况DPF再生温度及排放特性研究

基于某国六柴油机搭建后处理系统试验台架,研究了堇青石DPF在急降怠速(DTI)过程中的主动再生特性,探究了碳载量对DTI再生温度特性的影响以及DTI试验后的DPF瞬态排放特性。结果表明：DTI再生过程中载体内部温度分布极不均匀,峰值温度出现在DPF后端的中环处;碳载量对DTI再生温度及PM和PN排放有显著影响,当碳载量达到7 g/L时,峰值温度达到1 394.1℃,最大温度梯度达到139.0℃/cm, PN排放超过国六限值10倍以上,而PM排放虽有明显升高,仍在较大裕量内满足国六限值。当超过堇青石陶瓷材料的耐受温度和温度梯度极限时,DPF具有很大的熔化和开裂风险,需要合理选取再生极限碳载量以保证可靠性。     

臭氧协同Fe/SSZ-13分子筛催化氧化低浓度甲烷的性能研究

当前低浓度甲烷催化氧化存在起燃温度高、贵金属用量大等问题，为探索低成本、清洁高效的甲烷去除技术，基于臭氧的强氧化性和Fe/SSZ-13分子筛优异的吸附性，探究了在臭氧(O₃)气氛下Fe负载量、n(CH₄)∶n(O₃)以及空速对甲烷催化氧化性能的影响。研究结果表明，在Fe负载量为1%,n(CH₄)∶n(O₃)为1∶6,温度为200℃的条件下，甲烷的转化率可达80.8%。通过BET,XRD,NH₃-TPD,H₂-TPR,UV-Vis以及XPS表征手段，证明了适量的Fe负载可以提高催化剂比表面积，促进更多酸性位点的形成，调节催化剂表面铁元素的价态分布和种类，从而促进甲烷催化臭氧化反应。基于原位红外试验发现O₃可以活化活性位点，进而促进甲烷吸附和催化氧化反应。     

基于响应曲面法的DPF捕集性能多目标优化

以提高整体捕集性能为目的开展柴油机颗粒捕集器(DPF)结构参数多目标优化设计，利用GT-Power建立DPF捕集模型，通过发动机台架试验验证了仿真模型的可靠性。以最大压降和初始过滤效率为优化目标，以孔隙率、孔直径、壁厚、过滤体长度和直径5个结构参数为优化变量，基于Box-Behnken试验设计方法构建了DPF捕集性能二阶响应面模型，通过三维响应面图对结构参数显著性与交互作用进行仿真分析，采用满意度函数法进行多目标参数优化。结果表明，孔直径对最大压降的影响较小，较小的孔隙率与壁厚、较大的过滤体直径有利于降低DPF最大压降，而适当增大过滤体直径与壁厚可提升DPF初始捕集效率。协同优化后的DPF压降较优化前下降51.34%,优化后的DPF初始过滤效率趋近于100%。     

直接测量法及转化炉间接测量法汽车尾气分析仪的选用分析

<正>《柴油车污染物排放限值及测量方法(自由加速法及加载减速法)》(GB 3847—2018)规定，柴油车的加载减速法需要检测尾气中NO_x气体浓度。由于自然界中NO_x主要以NO和NO₂的形式出现，其他分子极不稳定或含量极低，故目前定义为NO和NO₂两种气体浓度之和。氮氧化物分析仪可以选择使用化学发光、紫外或红外原理，原来的化学电池法不再适用。     

DPF对柴油机性能影响的仿真研究

利用GT-Power软件,分别建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)和D19柴油机的仿真模型,并把二者进行耦合,研究了DPF对D19柴油机的功率、扭矩、缸压及燃油消耗率等方面的影响。研究结果表明,加装DPF会使发动机排气背压升高,输出功率与扭矩下降,缸内最高燃烧压力降低,燃油消耗率上升,且随着载体内颗粒物数量的增加,这种趋势更为明显;当DPF内炭烟加载量接近满载达到10 g/L时,D19发动机的功率、扭矩已有明显的下降趋势,在高转速下最高降幅达4%左右,燃油消耗率增幅为3%左右。     

信息

柴油车的环保措施之一奔驰公司的E320 BLUETEC采用了普通柴油机与尿素选择性催化还原(SCR)系统,发动机的排气首先经过氧化催化剂后送向NOx还原催化剂,然后利用柴油颗粒过滤器(DPF)去除PM,再送向SCR催化剂。这是一个较为复杂的系统,装用该系统E320在燃油效率达到14.9 km/L的同时     

排气管喷油再生的DOC辅助DPF系统起喷温度的试验研究

通过发动机台架试验,在固定发动机排气流量的条件下,试验研究了不同柴油机氧化催化器(DOC)前温度、排气尾管燃油喷射速率、贵金属(PGM)涂层含量时,DOC的碳氢化合物(HC)转化性能;得出DOC性能的变化规律、起喷温度的标定方法、PGM涂层含量对DOC催化器的影响规律。试验结果表明:随着DOC前温度的升高,DOC的HC转化能力增强,碳氢泄漏现象减弱。可通过标定达到柴油机颗粒捕集器(DPF)目标再生温度所需的DOC前温度(起喷温度)随喷油速率的脉谱图确定尾管喷射再生系统的起喷温度。随着喷油速率的增大,起喷温度先逐渐降低,然后缓慢上升。PGM涂层含量增大,DOC的HC转化能力增强,达到DPF目标再生温度所需要的起喷温度减小。PGM涂层含量为A和Bg/L时,达到目标温度所需的最低起喷温度为240~244℃。     

NO2对柴油机微粒捕集器再生特性的影响机理

利用三维CFD软件建立了柴油机微粒捕集器(DPF)三维仿真模型,验证了模型的准确性。通过对NO2氧化炭烟微粒再生机理的DPF仿真计算,研究了炭烟浓度、NO2与NOx的比值、排气温度、空速及发动机负荷对NO2被动再生反应的影响。结果表明:排气中炭烟浓度越大,NO2转化率越高;NO2与NOx的比值越大去除的炭烟微粒越多;正常排气温度有利于NO2实现DPF再生;空速高时DPF再生效果不佳;发动机负荷越高,参与再生过程的NO2越多。     

基于燃烧模拟降低重型柴油机燃油消耗的研究

为降低某重型柴油机燃油消耗,建立了新的缸内燃烧三维数值模拟模型,对原燃烧室和新燃烧室性能进行了模拟分析,并对新燃烧室进行了参数化分析和试验验证。模拟预测显示,新燃烧室与原燃烧室相比,柴油机在低速全负荷工况和标定工况下的指示比油耗分别降低了1.14%和0.48%,氮氧化物(NO_x)和炭烟排放量均有所降低,且在低速全负荷工况下降幅达79.50%。经过对新燃烧室的参数化分析发现,指示比油耗进一步降低,但炭烟排放效果变差。试验结果表明,新燃烧室在2种工况下的有效比油耗分别降低了0.72%和0.61%,在低速全负荷工况下炭烟排放量降低了68.48%。     

柴油机后处理系统N_2O排放特性的试验研究

对一台重型柴油机的后处理系统进行台架试验,研究其N2O生成特性,包括在颗粒捕集器(DPF)主动再生、选择性催化还原(SCR)反应和泄漏氨气在氨气氧化催化器(ASC)的氧化过程中一氧化二氮(N2O)的生成规律。结果表明,DPF主动再生时,喷入排气管的柴油与排气中的氮氧化物在催化剂表面发生副反应生成N2O,其生成量随DOC出口温度的升高呈现先增后减的趋势。在SCR反应中,Cu沸石催化剂生成的N2O最多,Cu/Fe复合催化剂次之,而其它催化剂生成的N2O很少;对于前两种催化剂,随着温度的升高,N2O生成量呈先增后减再增的趋势。从SCR催化器泄漏的氨气在ASC中被氧化生成N2O,温度在200~250℃时N2O生成量较大。     

坡度对机动车气态排放物的影响

利用车载排放测试系统对轻型柴油车进行实际道路实验,研究瞬态条件下的不同坡度对车辆气态排放物的影响。结果表明随坡度增加CO₂、NO_x的排放速率均增加,在坡度3度时上升剧烈;高车速时CO₂排放速率显著增加,NO_x排放速率增加较缓慢。在-5坡度到4度时CO₂排放速率与坡度成线性关系。在海拔4000米时NO_x排放速率显著增长。     

国六重型柴油车DPF再生排放特性研究

基于大量国六重型柴油车实际道路排放测试数据,文章选取了四辆测试过程中DPF(柴油机颗粒捕集器)主动再生的样车。样车DPF主动再生完毕后,进行正常状态下的实际道路排放测试。对比样车DPF主动再生与正常状态下的排放测试数据,结果表明,相比于正常状态,样车DPF主动再生时,NOX和PN均不满足国六排放法规要求,NOX升高了5.8～29.4倍;PN升高了14.0～7148.9倍;CO没有一致的变化趋势;CO₂升高了6.3%～24.2%;油耗升高了16.2%～32.8%;动力性不变。     

多燃烧模式下掺氨发动机试验研究

氨(NH₃)作为一种无碳、低成本、来源广的氢载体燃料,在未来碳中和内燃机研发中将起到重要作用。该文在快速压缩机、高压缩比汽油机和柴油机平台,系统对比研究了氨气掺混对火焰传播、均质压燃、均质引燃3种燃烧模式的影响。结果表明:氨气压燃着火过程在燃烧室中呈现顺序自燃特征,点燃模式下氨的火焰传播速度仅为0.66 m/s。氨是良好的爆震抑制剂。在汽油机中,掺混少量氨气即可起到爆震抑制和燃烧相位优化的作用,指示热效率提高1.2%,但氨气掺混比例过高时,燃烧持续期增加,热效率反而降低;掺混氨气后NO_x排放增加,但在试验工况下,其与掺混比例无明显相关性。在柴油机中,掺混氨气使得燃烧放热滞后,燃烧持续期增大;随着NH₃掺混比增加,有效热效率和NO_x排放降低,CO排放增加。