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.     

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。     

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。     

大型柴油机高氮氧化物转化率的排放控制系统的研发

选择性催化还原(SCR)系统已被证明是大型柴油机控制氮氧化物(NOx)排放的有效方案。未来的大型柴油机被设计为有更高的NOx排放量,以提高燃油经济性,这需要越来越高的NOx转化效率以满足排放法规要求。为此,未来的后处理设计可采用先进的技术,如选择性催化转化(SCR)涂覆颗粒滤清器(SCRF)和涂覆在高孔隙度直通式载体上的SCR,以获得高转化效率。评价了不同的高NOx转化效率系统。首先,通过使用SCRF单元和附加的涂覆在高孔隙度载体的SCR涂层,设计了高性能的NOx控制催化剂。第二,评价了不同的控制策略,以了解还原剂剂量策略和热管理对NOx转化效率的影响。在1台大型柴油机上进行瞬态循环试验。提高氨投入量而不是尿素可进一步提高转化效率,尤其是在低温下无法喷入尿素的时候。此外,实施热管理改善了低温时的NOx转化效率。结果证明,这种系统加上发动机控制策略的改进可以使瞬态FTP测试循环中的NOx转化效率达到95%以上,从而可使柴油机满足未来排放法规和燃油经济性的目标。     

分子筛型SCR对车用柴油机排放改善的试验研究

商用车柴油机多采用DOC+SCR的后处理系统来满足国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的要求,而不同类型SCR的催化特性对最终污染物排放影响也不同。试验获取了一支铜基分子筛型SCR,基于1台2.8L柴油机和一支钒基SCR,运行了车用柴油机稳态循环(ESC)和瞬态排放循环(ETC),研究并分析了其对柴油机污染物的减排特性。结果表明,相较于钒基SCR,运行ETC循环时分子筛型SCR对发动机NOx和PM排放的减排效率分别提升19%和33%;分子筛型SCR对NOx的低温转化效率更高,且由于对排气流量不敏感,在高空速工况下其转化效率显著高于钒基SCR;分子筛型SCR对颗粒物个数的减排效率弱于钒基SCR,达7%以上,容易将大质量颗粒物分解为小质量颗粒物;两种SCR均对CO和HC具有一定的减排效果,减排率可达20%左右。     

柴油机SCR后处理控制策略开发与研究

为选择性催化还原技术提出了还原剂喷射的控制策略。它根据原机NOx排放浓度脉谱、排气温度和空速脉谱等计算还原剂的喷射速率。分别通过试验研究了NH3/NOx比值、排气温度和空速对NOx转化率和氨泄漏浓度的影响以及SCR催化剂的氨吸附和脱附特性,并根据研究结果,分别确定稳态和瞬态工况下尿素溶液喷射的控制方案,因而实现了ESC稳态循环和ETC瞬态循环下的控制目标。此外,冷机起动试验表明,该阶段的排气温度低,NOx排放浓度较高,故应采取措施减少低温工况下NOx的排放。     

集成式SCR催化转化消声器性能研究

运用GT-Power软件对两种不同结构的集成式SCR催化转化消声器进行了声学性能模拟,通过试验研究对比分析了集成式SCR催化转化消声器的压力损失及其NOx转化效率。结果表明:在增加穿孔管后集成式SCR催化转化消声器的消声效果在400~750 Hz区间内受到了削弱,在750~1 000 Hz区间内增强,增加穿孔管后压力损失增加。在绝大部分工况下,增加穿孔管后SCR催化转化消声器的NOx转化效率要明显高于无穿孔管的结构。     

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。     

柴油机氨基 SCR 化学反应特性的试验研究

为了研究不同因素对氨基 SCR 化学反应特性的影响,基于某重型柴油机及其已有 SCR 装置,分别针对不同空速、温度和氨氮比对氨基 SCR 化学反应特性中 NO x 转化效率和 SCR 反应速率的影响以及升温过程对NH3的饱和存储量的影响开展试验研究。结果表明：NO x 平均转化速率基本上由温度决定,而 NO x 转化效率则由温度和空速共同影响;随着氨氮比增加,NO x 转化效率也会随之升高,但是当氨氮比大于1．0后,NO x 转化效率的变化开始趋于平缓,且氨氮比越大 NH3泄漏会越早超过10×10－6（法规规定）;而且温度升高引起的 NH3饱和存储量的变化会造成 NH3泄漏。试验还获得不同空速、不同温度下的 NO x 最大转化效率 MAP 图和 NH3饱和存储量的动态方程,对于 SCR 控制策略的建立具有重要意义。     

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。     

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。     

直喷柴油机“双壁面射流”燃烧系统的设计与试验研究

基于喷束壁面引导、分层技术和空间分散的思想,设计了一种新型的柴油机燃烧系统——"双壁面射流"燃烧系统,提出了"双壁面射流"燃烧系统的设计原则和燃烧方法,并进行了试验研究。试验结果表明:柴油机采用新型燃烧系统后,气缸压力和NOx排放降低,扭矩点的缸压峰值由原机的13.0 MPa降低到10.7 MPa,标定点的缸压峰值由原机的12.5 MPa降低到10.1 MPa;扭矩点的NOx排放体积分数由原机的731×10-6降低到487×10-6,标定点的NOx排放体积分数由原机的516×10-6降低到369×10-6;在燃油消耗率与原机相当的情况下,烟度仅恶化0.2~0.3 BSU。     

国六柴油机双旋流SCR混合器试验研究

为解决国Ⅵ柴油机SCR后处理系统在低排温、低负荷工况下存在的尿素结晶问题,采用CFD和试验研究相结合的方法,对某重型国Ⅵ柴油机后处理SCR单旋流混合器进行结构优化,设计出了一种双旋流混合器.对双旋流混合器进行NO x单点转化效率试验、瞬态WHTC排放试验以及10 h发动机台架尿素结晶验证试验.模拟结果表明:双旋流混合器能够产生更强的旋流效果,促使尿素喷雾和尾气充分混合、蒸发分解,且使氨分布均匀性指数提高了15.19％.试验结果表明:相较于单旋流混合器,双旋流混合器在氨氮比为0.7,0.9和1.2时的NOx转化率分别提高1.58％,1.78％ 和0.38％,N O x排放显著降低,混合器壁面未出现尿素结晶,解决了低温、低负荷工况下的尿素结晶问题.     

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.     

在用汽车排放污染的控制方法

<正>1在用汽车排放现状在用汽车排放可分为排放正常、排放变差、排放恶化、排放超标等几个阶段,汽车污染主要来自排放变差、排放恶化、排放超标三个阶段,每个阶段部可以通过行驶里程、三元催化转化器工作状况、汽车排放稳态工况检测氮氧化物数值来界定。汽车排放正常阶段,车辆行驶里程通常在0 km~1万km,三元催化转化器工作状况良好,氮氧化物检测值在0×10~(-6)~50×10~(-6);汽车排放变差阶段,三元催化转化器净化效率大幅下降,氮氧化物检测值在50×10~(-6)~500×10~(-6);汽车排放恶化阶     

基于随机森林和优化GRU算法的柴油机NOx预测

以尿素为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术是降低柴油车NOx排放的主要途径,而实现NOx的精准预测是实现对SCR精准控制的前提,文章提出使用随机森林结合门控循环单元(GRU)的方法对NOx进行预测。针对NOx生成因素的复杂性,使用随机森林进行特征选取,选取对结果影响大的特征,并构建基于优化门控单元的NOx的预测模型。实验结果显示,在瞬态与稳态工况下使用随机森林结合GRU的预测结果的均方误差分别为66.419×10^-6与63.423×10^-6,证明模型具有较高的精准度以及良好的泛化能力。     

柴油机WHTC循环排气热管理之后处理技术研究

本文介绍了WHTC排放测试循环的背景,以一台3.8L柴油机为试验样机,对其运行WHTC循环以及现行国标GB17691-2005中的欧洲瞬态排放测试循环(ETC)的试验工况进行了后处理排气温度对比分析,造成WHTC循环NOX排放的主要原因就是发动机在循环过程中排气温度偏低,SCR后处理系统工作条件不佳。因此能够提高或保持后处理器的温度,选择更高效适用的后处理是我们研究的方向,本文基于后处理保温措施,后处理的选择对排放的影响进行分析。     

高速直喷式柴油机在不同废气再循环路线下的瞬态性能

为了满足未来排放法规的要求,各种可供选择的以提高废气再循环(EGR)率的EGR技术路线正受到研究人员的广泛关注,由于稳态排放在不断降低,排放试验运转循环中瞬态部分的排放峰值变得十分重要。因此,需要分析不同EGR技术路线的瞬态性能。对装有冷却式短线EGR和可变截面涡轮增压器的1,9 L轿车柴油机采用GT—Power软件进行了1维仿真分析。为了对仿真进行标定,测量了瞬态负荷,包括采用快速二氧化碳分析仪测量瞬态EGR率和气缸压力,以测取放热数据。采集了瞬态燃烧放热率的数据库进行仿真。用瞬态EGR率和进气压力作为选择某一循环正确放热率的判据。     

满足低排放车第3阶段排放法规要求的柴油车排气后处理系统的优化研究

采用稀氮氧化物(NOx)捕集器(LNT)+选择性催化还原(SCR)的复合排气后处理系统,使柴油车满足低排放车第2阶段及特低排放车70标准的要求。同时使燃油耗最小化。通过对LNT功能性及LNT+SCR复合排气后处理系统特点进行分析,建立一种不同于现有LNT系统的新型控制策略。在温度不低于200℃的条件下,SCR能够提供最稳定的NOx转化效率。对LNT的浓气再生进行优化,从而减缓其老化,并使燃油耗最小化。在SCR无法净化NOx期间,快速加热策略与原始NOx还原之间的优化匹配使LNT的NOx转化效率达到最大化。研究采用相当于15万mile1全生命周期的台架老化催化剂。在高速公路行驶循环中,SCR的转化率通常很高,此时可通过使LNT的降NOx量最小化及提高发动机燃烧效率来改善燃油经济性。为复合排气后处理系统的优化提供一种解决办法,获得能够满足美国环境保护署(EPA)15万mile排放法规要求的试验结果。还发现,能够满足海平面EPA美国联邦试验工况(FTP-75)排放法规的LNT+SCR系统,也能够满足高海拔条件下高速公路排放法规的要求。     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。