O2和 NO2气氛下柴油机炭烟氧化过程及其化学反应动力学参数研究

用热重分析仪对 O2和 NO2气氛下柴油机炭烟的氧化过程进行了试验研究,并利用程序升温氧化（TPO）试验对其化学反应动力学参数进行了研究,建立了 O2和 NO2气氛下柴油机炭烟氧化过程的化学反应动力学模型,并用模型对 O2和 NO2对炭烟的氧化效果进行了对比分析。研究结果表明：柴油机炭烟在 O2气氛下大约从700 K 时开始氧化,氧化反应的活化能为76．8 kJ／mol ,对 O2的反应级数为0．85;而在 NO2气氛下大约从600 K时开始氧化,氧化反应的活化能为21．9 kJ／mol ,对 NO2的反应级数为0．85。在柴油机排气组分条件下,当温度低于750 K 时,NO2氧化炭烟引起的炭烟质量减少占主导;而当温度高于800 K 时,O2氧化炭烟引起的炭烟质量减少占主导。     

一种新型DPF-SCR柴油机后处理技术

以柴油机尾气中NOx和碳烟颗粒(PM)两种主要污染物的后处理技术为重点研究对象,针对近年来正在应用及研究的柴油机的NOx和碳烟颗粒(PM)排放后处理控制技术,重点介绍了Nissan Diesel公司新近研制的一种新型的尿素选择性催化还原(SCR)柴油机微粒过滤系统的工作原理及特点,详细叙述了该系统通过改善催化剂材料、提...     

采用低温等离子体同步净化柴油机PM和NO_x(一):物理仿真

为了实现对柴油机尾气中PM和NOx的同步去除,将静电旋风捕集技术与等离子体协同烃类选择性催化还原技术(Plasma/HC-SCR)相结合开发了一套柴油机后处理原理性试验装置。该装置集柴油机PM的静电捕集、PM的氧化燃烧、NOx的选择性催化还原于一体,对在富氧条件下利用烃类选择还原催化和静电旋风捕集同步去除柴油机PM和NOx进行了利用可控标准气体的模拟试验研究,得到了净化效率随相关参数之间的变化规律。在单纯的等离子体环境下,NO浓度降低,NO2浓度增加,但总的NOx基本保持不变;使用催化剂的同时辅助等离子体可以使NO的峰值转化率所对应的温度向低温区偏移50℃左右;催化剂、等离子体、还原HC对于降低炭烟的起燃温度都有影响,同时使用可以使炭烟的起燃温度最低降低到280℃。此装置实现了柴油机PM和NOx的同步去除。     

纳米铜润滑油添加剂对柴油机颗粒排放的影响

采用热重-质谱联用技术(TG-MS)和台架试验方法,研究了纳米铜颗粒对柴油机炭烟颗粒的燃烧催化作用.研究发现,纳米铜对炭烟颗粒燃烧具有优异的催化能力,其可使碳的完全氧化燃烧温度从580℃ 降低到520℃.柴油机台架试验表明,纳米铜润滑油添加剂使颗粒物(PM)、CO和HC排放量分别减少了99.0％,81.3％,33.3％.研究结果表明,纳米铜颗粒可促进碳化合物的完全燃烧,有效减少燃料中PM、CO和HC的排放,抑制并逐步消除发动机燃烧室中的积碳.     

碳烟氧化模型的研究及在车用柴油机中的计算应用

提出了一个基于平均反应率的碳烟氧化模型,将其应用于柴油机数值模拟中,并结合试验方法研究了后喷射对碳烟排放的影响。将Hiroyasu碳烟生成模型和文中提出的碳烟氧化模型耦合在CFD源程序中构建多维模型,利用数值解析的手段,根据不同的后喷射方案计算柴油机碳烟的生成和氧化历程,并结合试验数据分析后喷射影响碳烟氧化的各种因素。研究结果表明,采用碳烟氧化模型和试验方法能真实反映柴油机碳烟的生成和氧化历程以及后喷射对碳烟排放的影响规律。     

柴油机碳烟排放浓度的预测

本文在国外有关碳烟生成和氧化过程基础研究所获得的理性认识基础上,建立了一个考虑到碳烟先兆物生成、成核、凝聚、集聚和氧化等过程的较为仔细的柴油机碳烟排放预测模型。该模型在110柴油机上作了初步验证,表明模型具有一定的预测能力。     

基于机器学习的柴油机碳烟颗粒质量排放预测模型

基于SC7H涡轮增压柴油机试验台架,开展了非道路瞬态试验循环下的柴油机排放试验,研究了瞬态循环的工况对碳烟颗粒质量浓度的影响。收集与碳烟颗粒质量浓度相关的各类传感器数据,构建一个大型的柴油机碳烟排放数据集。构建LGB梯度树模型和循环神经网络模型,采用数据集对它们进行训练,然后采用自学习算法对两种模型进行融合,获得一个更高准确度的预测碳烟质量排放融合模型。预测与实测结果的比较表明,构建的融合模型能较为准确地预测柴油机排放的即DPF入口的碳烟质量浓度实时变化,为柴油机后处理过程中碳载量的准确计算以及控制策略的开发提供参考。     

Pt/Pd/Rh堇青石催化剂降低NO_x排放的试验研究

重点研究Pt/Pd/Rh堇青石催化剂对降低柴油机NOx排放的影响,并在一台4100Q柴油机上进行了试验研究。研究结果表明,该类型催化转化器具有较好的稳定性,对发动机的燃油经济性影响不大,但易受碳烟和SOF的影响。     

柴油机碳烟排放的数值模拟及试验研究

考虑碳烟粒子生成速率同时受控于涡团破碎速率和化学反应速率,提出一种输运控制率与碳烟氧化率混合控制模型进行碳烟计算,并用此模型对一台直喷式柴油机燃烧与排放生成过程进行了多维数值模拟。结果表明,计算模拟结果与试验测量结果吻合较好,且使用该模型能够预测柴油机研究样机的碳烟生成与氧化历程。     

灰分沉积对不同结构CDPF再生特性的影响

对某高压共轨柴油机的催化型颗粒物捕集器(CDPF)进行台架试验,研究了两种不同结构的CDPF对发动机性能的影响和不同碳载量下CDPF的压降特性。通过建立三维CDPF热力学模型,分析了灰分量和灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:CDPF会使柴油机动力性、经济性略有下降,但非对称结构CDPF可有效降低载体对柴油机性能的影响;CDPF压降会随载体孔道内碳烟累积量的增大而升高,非对称结构CDPF可有效减小CDPF压降,且随着碳载量增加,非对称结构的优势更加明显。灰分沉积有利于降低载体向环境传热的导热率,提高载体热容量,有利于碳烟的氧化再生;CDPF再生过程中载体的温度呈边缘低中心高、前端低后端高的分布规律。灰分分布系数对碳烟氧化速率影响较小,载体结构、灰分量和灰分分布系数对CDPF最大再生温度梯度影响也不大。     

反应气氛对Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2固溶体上炭粒燃烧行为的影响

通过程序升温氧化反应(TPO)技术对Ce0.5Zr0.5O2固溶体催化氧化炭粒的活性进行了评价,考察了反应气氛中的O2体积分数,NO,CO2,H2O对炭粒催化燃烧过程的影响。结果表明,反应气氛对炭粒催化燃烧的过程有很大的影响,O2体积分数的变化决定了反应的速度控制步骤;由于NO氧化产生的NO2具有更强的氧化能力,因此NO对炭粒的燃烧具有促进作用;CO2的存在阻碍了反应产物CO2的释放,从而影响了炭粒的燃烧过程;H2O对炭粒的催化燃烧过程没有影响。     

柴油车排放的碳颗粒物微结构和化学分析

利用XPS,XRD,TG和DSC技术,对收集到的几种柴油车排气管内沉积的碳颗粒固体物进行了微结构与化学分析。研究结果表明,在化学构成上,柴油车排放的碳颗粒物是由多种元素构成的复杂体系;在物理结构上,柴油车排放的碳颗粒物具有复杂多相的物理结构,不具有明显的晶型结构,属于具有严重结构缺陷的乱层石墨结构碳,是一种不稳定的结构。在氮气和空气气氛下的热分析表明,完全能够采用化学催化手段大幅减少柴油车排放颗粒物的数量。     

不同反应气氛下负载型Cu-Co/ZSM-5催化剂的柴油车NO_x净化性能

在模拟柴油车尾气气氛下,利用微反装置研究了浸渍法制备的Cu-Co/ZSM-5催化剂在不同反应气氛下的C3H8选择性催化净化NOx性能。结果表明,具有良好的净化NOx起燃性能和高温选择性的3%Cu-3%Co/ZSM-5催化剂在不同的反应气氛下催化性能各异。O2体积分数较低时(≤6%),O2的存在有利于C3H8催化还原NOx,催化剂的NOx转化率随O2体积分数的增加而增加;高温(300~400℃)反应时O2体积分数较高(≥6%)对C3H8催化还原NOx是不利的,O2的增加使催化剂的NOx转化选择性变差,NOx转化率下降。催化剂最适于的O2体积分数为2%~8%。C3H8体积分数越高,越有利于NOx的还原。反应气氛中的CO2和CO的体积分数变化对催化剂的C3H8催化还原NOx活性没有明显的影响,该催化剂仍具有较高的稳定NOx净化性能。催化剂在使用过程中应匹配好发动机的空燃比。     

高原低氧环境下含氧燃料对柴油机工作过程的影响

以高原共轨柴油机为研究机型,根据台架试验和发动机结构参数,运用A V L Fire构建其燃用B100（纯生物柴油）和B70N30（体积70％生物柴油＋30％正丁醇）的三维CFD模型,并进行验证。利用该模型对比研究了不同海拔氧浓度对发动机燃用不同含氧燃料工作过程的影响规律,并在此基础研究了B70N30耦合EGR对发动机的影响机理。计算结果表明：相比D100（纯柴油）,B100和B70N30的缸内局部当量比降低,活性自由基（OH ,O）浓度及其缸内分布区域增大,从而导致NO排放升高,但同时使CO生成量峰值减小,Soot和CO缸内分布区域以及排放终值都随大气氧浓度的降低而显著减少;相比B100,B70N30因汽化潜热增大,其NO排放降低,但原子氧的增加导致Soot和CO同时降低;对于B70N30,随EGR率增大,NO大幅度降低,CO显著升高,而Soot因滞燃期延长变化较小。     

EGR对正丁醇-柴油混合燃料燃烧和排放的影响

依据发动机台架试验数据,利用 Fire 软件建立计算模型,并验证了模型的准确性,研究了不同比例的正丁醇‐柴油混合燃料在不同 EGR 率下的燃烧和排放特性。研究结果表明：通过向柴油中掺混正丁醇可以加快燃烧速率,改善 EGR 对燃烧过程带来的负面影响;采用较高的 EGR 率,可以抑制 NO x 的生成,但混合燃料携氧燃烧,对 NO x 的生成有促进作用,但总体来说 NO x 的最终生成略有降低;Soot 的最终生成量随着 EGR 率的增大而增加,通过添加含氧燃料可以有效地降低 Soot 的最终生成。     

4缸柴油机停缸仿真及试验研究

采用停缸技术对小型4缸柴油机的燃油消耗率和排放进行了仿真和试验研究。利用GT-Power建立模型并模拟了停缸位置对燃油消耗率的影响,结合传热损失等因素确定了试验停缸位置。在断油式停缸和断油断气式停缸模式下进行试验和燃烧分析。试验结果表明:停缸后缸内等容度降低;断油式停缸后燃油消耗率和NOx增大但炭烟减少;断油断气式停缸后部分试验点燃油消耗率降低,但NOx和炭烟排放增加。     

柴油机掺烧生物柴油NO_x和Soot排放控制研究

对柴油机燃用生物柴油-0号柴油混合燃料的NO_x和Soot排放特性进行了仿真研究。在柴油机参数不作任何改变的情况下燃用体积分数分别为10%,20%,30%,40%和50%的生物柴油混合燃料,与原机的NO_x和Soot排放特性进行对比。研究表明:随着混合燃料中生物柴油体积分数的增加,柴油机Soot排放降低,NO_x排放增大。EGR的引入使柴油机NO_x排放降低,同时也使Soot排放增加。在1 800r/min中低负荷工况下,大比例生物柴油-0号柴油混合燃料应用于柴油机时,可通过调节EGR率使得柴油机NO_x和Soot排放都控制到与原机相当。