满足国五排放标准轻型柴油车排放后处理的工作原理及标定

本文提出了DOC+DPF的后处理技术路线以满足国五排放标准轻型柴油车排放,而为了满足排放DPF面临的最大挑战就是再生问题,本文采用缸内后喷升温方式实现DPF主动再生,并通过台架标定及整车标定优化了DOC、DPF上游温度的控制,并通过试验标定优化了DPF再生过程燃烧模型,满足DPF整车再生。     

柴油机DOC辅助DPF再生燃油喷射规律的优化

为了有效降低柴油机颗粒捕集器(DPF)再生过程产生的二次污染物,优化了催化氧化反应器(DOC)辅助DPF再生的燃油喷射规律。采用AMESim建立了DOC和DPF模型,在Simulink中建立了发动机排放和DPF再生控制模型,将两个软件耦合搭建联合仿真平台。对模型进行了验证,提出了先缓后急的燃油喷射规律。结果表明:660是较为理想的DPF再生温度,优化后的燃油喷射规律能够大幅降低DPF再生的二次污染。     

一种基于神经网络的氧化催化器出口温度控制方法

氧化催化器(DOC)出口温度控制是实现颗粒捕集器(DPF)主动再生控制的关键。本文介绍一种基于神经网络的氧化催化器出口温度控制方法,首先结合DOC系统的实际特征以及DOC传热及化学反应特性建立了一阶延迟DOC出口温度模型,然后在温度模型基础上基于神经网络建立了DOC出口温度预测模型,最后将DOC出口温度预测值作为闭环反馈输入建立反馈控制器计算HC喷射量进而控制DOC出口温度。本方法采用整车试验中连续变化工况来验证,试验结果表明DOC出口温度在DPF再生过程中控制在600±20℃范围内,满足DPF精确再生控制要求。     

柴油车排气后处理装置性能试验研究

对氧化催化转化器(DOC)和柴油机颗粒过滤器(DPF)进行了性能试验研究.分析了DOC对柴油车排放的影响规律;对DPF的压降特性和过滤性能进行了试验.最后还讨论了DPF再生过程中的安全问题.     

基于数学模型的DPF再生控制策略仿真和优化

采用AVL Boost结合Matlab Simulink搭建包含发动机数据、DOC和DPF排放后处理系统及DPF再生控制策略的综合仿真模型,并为了使控制更加精确,基于DOC和DPF的数学模型设计了控制策略。经过台架试验验证,该综合仿真模型能较好反映DPF再生状况。基于该模型对再生开始判断条件、再生结束时机、再生中断处理等策略进行了优化。     

DOC辅助DPF再生的二次污染研究

在氧化型催化转换器(DOC)前端的排气管中喷入柴油,通过提高柴油机尾气温度、燃烧并去除柴油机微粒捕集器(DPF)中的PM,实现了DPF再生。对整个再生过程中尾气成分进行分析和计算,发现碳氢化合物(HC)为主要二次污染物,且排放相对较大。通过试验方法,分别研究喷油流量和喷油时DOC前端排气温度对再生过程中HC排放的影响,并依此提出保温处理、分阶段喷油和低速再生等三项优化措施。优化后再生过程中HC排放降低了68%,且燃油经济性提高了21%。     

DOC+DPF对柴油机颗粒物排放特性的影响研究

以某型高压共轨柴油机为研究对象,研究试验样机加装DOC+DPF后处理装置对其颗粒排放特性的影响。结果表明:试验样机连接DOC+DPF后,颗粒物排放显著降低,在中高转速下,转化率平均在97%以上;在中低转速DOC+DPF对积聚态颗粒净化效率高于核模态颗粒,在1030rpm下,颗粒物总数量下降89%,总质量下降33%;在1200rpm下,颗粒物总数量下降96%,总质量下降77%。在1030rpm和1600rpm除了70%负荷外,DOC+DPF前的NO2/NOX比值都高于DOC+DPF后的,DOC+DPF后的NO2/NOX比值随负荷增加先减小后增加。     

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℃。     

不同路线国Ⅴ车用重型柴油机微粒物中SOF和PAHs的对比研究

采用AVL全流采样(CVS)系统,对2台国Ⅴ车用重型柴油机进行了ESC和ETC循环试验,并利用气相色谱—质谱联用仪等设备对颗粒物中的可溶性有机物(SOF)和多环芳烃(PAHs)进行了分析。通过对比采用DOC+DPF和SCR两种技术路线柴油机的SOF和PAHs及其组分,对它们的排放特性进行了研究。研究发现,无论是ESC循环下还是ETC循环下,DOC+DPF路线发动机PM排放中SOF含量以及PAHs排放总浓度都要明显低于SCR路线发动机,PM中菲和芘的浓度会降低一半以上。     

柴油机氧化催化器喷油助燃特性研究

基于发动机台架开展了柴油机氧化催化转化器(DOC)喷油助燃特性试验,研究分析了尾管喷油时DOC温升及对尾气后处理系统排放特性的影响.研究结果表明:尾管喷油能够使DOC在100 s内迅速升温,温升幅度随转速的升高而降低,并且来流温度越高、转速越高,温升速度就越快.为保证柴油机颗粒捕集器(DPF)前有足够高的温度,应对排气温度、空速、喷油脉宽进行合理的控制.在柴油喷射前,总碳氢(THC)排放浓度均接近零,在柴油喷射的瞬间,THC浓度飙升,高排气温度、低空速、小喷油量有利于控制碳氢泄漏,同时柴油喷射会降低NO2产率.     

满足国Ⅴ排放的重型柴油机排气后处理技术

研究了国外重型发动机在欧Ⅳ到欧Ⅴ阶段(或US2007到US2010)的技术路线,并探讨国内重型柴油机达到国Ⅴ排放可采用的排气后处理技术方案。由于柴油机排放物PM与NOx存在折中效应,为达到国Ⅴ排放标准,应采用组合式后处理技术。在各种后处理技术方案中,SCR+DOC+DPF/POC和EGR+DOC+DPF是两种主要的技术措施,而LNT+DOC+DPF技术对排气中的S特别敏感。     

柴油机微粒捕集器催化再生技术

柴油机微粒捕集器（DPF）能降低柴油机的微粒（PM）排放量,文章提出了DPF催化再生技术方案,将氧化催化器（DOC）与DPF相结合,通过DOC催化氧化未燃HC等来提高排气温度达到微粒着火温度500～600℃,点燃微粒从而完成再生过程。以YN4100QB–1A柴油机为研究对象,对不同喷油量下的DPF升温特性进行了试验研究,试验结果表明：当喷油量大于60mL/min时,再生系统能迅速将排气温度提高到500℃以上。可变喷油量的喷油控制方案可使DPF升温平缓,降低再生造成的二次污染。     

NSR催化技术的开发和应用

根据柴油发动机的不同情况和排放特点,现有五种NOx国Ⅳ解决方案(见表1),方案一为DOC、二为DOC+POC、三是SCR、四是DOC+DPF,第五个是NSR(NOx——StorageReduction Calalyst)路线,我们研发的NSR技术已成功应用于稀燃汽油车。技术路线分析不管采用DOC还是DOC+POC或者NSR都可以实现国Ⅳ的排放,但是选择某种路线还是要根据原     

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。     

2012柴油机节能减排技术发展论坛系列报道NSR催化技术的开发和应用

根据柴油发动机的不同情况和排放特点,现有五种NOx国Ⅳ解决方案(见表1),方案一为DOC、二为DOC+POC、三是SCR、四是DOC+DPF,第五个是NSR(NOx——Storage Reduction Calalyst)路线,我们研发的NSR技术已成功应用于稀燃汽油车.     

硫含量对柴油车排放的影响与减排措施的研究

分析硫含量对柴油车排放物PM、NOx、CO的影响,并通过分析硫含量对氧化催化转化(DOC)、柴油颗粒过滤(DPF)、NOx排放控制等排气后处理技术的影响,提出相应的有效减排措施。     

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。     

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。     

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。     

FBC对柴油机颗粒捕集器性能的影响

为了研究燃油添加型催化剂（FBC）对柴油机颗粒捕集器性能的影响，分别使用了不添加和添加FBC的燃油对两套柴油机颗粒捕集器（DPF）进行性能及耐久试验。结果表明：FBC不会影响DPF对颗粒物质量及数量的过滤效率；FBC可以有效协助碳烟燃烧，将DPF平衡点温度从350℃降低到325℃，提高DPF的被动再生能力；FBC可以降低DPF的主动再生温度，将DPF上碳烟的起燃温度由600℃降低到450℃以下，提高DPF再生速率及再生效率，从而提升DPF的主动再生性能；FBC可延长DPF的再生周期，提高DOC+DPF系统的耐久性。