稀燃汽油机降低NOx排放技术方案分析研究

采用吸附还原催化转化器和三效催化转化器的不同组合,对一台改装的16气门电控燃油喷射稀燃汽油机进行了降低富氧下NOx排放的实验研究。结果表明：三效催化转化器位于吸附还原催化转化器之前的布置方案具有较好的降低稀燃汽油机NOx排放的效果。     

稀燃汽油机NOx净化技术--吸附还原催化法试验研究

简述了降低稀燃汽油机NOx排放的催化分解法、选择还原催化法和吸附还原催化法。在8A-FE型汽油机上进行的试验表明，吸附还原催化法可有效地降低稀燃汽油机的NOx排放。建议采用传统三效催化器在前、稀燃NOx吸附还原催化转化器在后的联合布置方案，并严格限制汽油中的含硫量。     

轿车汽油机实现稀燃及降低NOx排放的关键技术

从燃烧室结构、燃烧室内气流运动、点火方式、分层燃烧及燃油喷射方式等几方面论述了当代轿车，气油机实现稀薄燃烧所采用的几项关键技术，介绍了目前降低稀燃汽油机氮氧化物NOx排放所采用的催化技术(NOx直接催化分解技术、选择还原催化技术和吸附还原催化技术)和废气再循环EGR技术，指出了这些技术的综合应用。可以有效地实现汽油机稀薄燃烧，可以大幅地降低稀燃汽油机氮氧化物NOx排放，为轿车汽油机实现稀燃，提高轿车汽油机的经济性和改善其氮氧化物NOx排放提供具体的技术措施。     

控制稀燃汽油机NOx吸附-还原催化转化器再生过程的试验研究

针对汽油机稀薄燃烧排放控制的特殊要求,研制了一套适用于稀燃汽油机的电控节气门(ECT)系统.该系统可控制稀燃发动机周期性的短暂工作于浓混合气状态,满足NOx吸附-还原催化转化器的工作要求,降低稀燃发动机的NOx排放.并在混合气浓度改变的同时实现对点火时刻和节气门开度的连动控制,维持发动机输出功率稳定.实验结果表明,稀混合气燃烧配以NOx吸附-还原催化转化器进行排气后处理可使NOx排放最低达50×10-6,最高转化率达91%,该系统是解决稀燃及其排放问题的可行方案.     

2011年轻型车和重型车用发动机排放控制回顾

回顾2011年轻型车和重型车用发动机排放法规和排放控制技术的重要进展。首先,介绍该领域排放法规的制定情况,包括收紧的美国加利福尼亚州常规污染物排放标准草案、欧洲最新的直接喷射汽油机颗粒数排放法规,以及试验循环的发展和在用车试验方法的探讨。对美国提出的2017—2025年轻型载货车温室气体排放法规草案和首次定案的2014—2017年重型载货车温室气体排放法规作了评述。介绍了包括柴油机和汽油机在内的轻型车和重型车用发动机技术在控制排放方面的主要进展。排放控制面临的挑战包括柴油机和稀燃汽油机需要依靠稀氮氧化物(NOx)治理来满足正在推出的NOx和温室气体排放法规。总结了几种NOx控制技术的研发情况,包括采用氨的选择性催化还原(SCR)和以碳氢为基础的NOx控制方法,其中还涉及一氧化二氮排放的问题。经各种认证试验循环显示,这些技术平均能达到95%以上的降NOx效率。介绍了正在开发的能降低背压并与SCR实现一体化的柴油颗粒捕集器新材料。然后,概要介绍了柴油氧化催化转化器的发展状况,主要涉及一氧化氮氧化成二氧化氮随催化剂配方和碳氢氧化参数的变化。最后,讨论了汽油机排放控制的某些重要进展,包括先进的三效催化转化器在分区涂敷技术和节省贵金属方面的进步,以及硫对新配方的影响,另外,还对汽油颗粒捕集器技术作了简要介绍。     

国Ⅴ SCR后处理系统工作原理及典型故障分析

正SCR系统即选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction System),是应用于发动机排气系统,将排气中的氮氧化物(NO_x)进行选择性催化还原成氮气和水,以降低NO_x排放量的排气后处理系统。SCR后处理系统是国Ⅴ柴油机主流配置,分为空气辅助式和无气辅助式。1 SCR系统构成SCR系统由催化消声器、计量喷射系统、尿素罐、喷嘴、DCU、管路(尿素吸液管、喷射管、回液管,集成电     

一种减少二氧化碳和氮氧化物排放的有效解决方案

燃油耗低和低速扭矩大的涡轮增压柴油机动力总成在欧洲轻型载货车市场占有较大份额。预计,全球二氧化碳(CO_2)排放法规和用户对燃油价格的期望,会进一步迫使发动机提高燃油效率。但是,法规对氮氧化物(NO_x)和颗粒排放的限制可能会进一步增加柴油机动力总成的成本。对价格敏感度最高的1 400 kg以下紧凑型车型需要寻求一种替代方案,以面对CO_2排放限值的挑战,并保持对用户的吸引力。对小型化和降低转速的汽油机理念进行了研究,与此同时,通过提高平均有效压力来满足性能要求,以保持车辆良好的操控性能和起动性能。解决这一问题的关键措施是采用汽油直接喷射燃油系统。因为缸内汽油直接喷射和对进气进行分开控制,可以在不增加碳氢排放的情况下增强扫气效果。缸内汽油直接喷射还具有冷却充量的好处,有利于避免增压发动机的爆燃现象。研究了汽油直接喷射的几种可选方案,包括多孔式和单孔轴针式喷油嘴,以及侧向布置与中央布置的对比。对排量减小至1.2 L的涡轮增压3缸机和4缸机的基本结构进行了研究。减少气缸数有利于改善碳氢排放、热损失和扫气效率。从安装和成本方面考虑,减少气缸数也有一定好处,其次要考虑的是排气后处理系统。理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射汽油机可以采用传统的三效催化转化器,故成本最低。分层燃烧直接喷射汽油机预计需要附加稀燃NO_x捕集器,而满足欧6标准的柴油机则需要附加柴油颗粒过滤器(DPF),并可能要采用NO_x后处理系统。虽然,目前对满足欧6 NO_x排放标准的后处理系统尚不了解,但增加的DPF、带稀燃NO_x捕集器的DPF,或带尿素选择性催化还原的DPF系统,都会使发动机在成本和安装方面面临挑战。对3缸涡轮增压直接喷射汽油机和其他发动机在降低CO_2排放与系统成本之间的价值权衡进行对比分析,并给出了结论。分层燃烧涡轮增压直接喷射汽油机与进气道燃油喷射4缸基本型汽油机相比,其CO_2排放量减少22%以上。采用可变气门驱动装置和传统三效催化转化器的理论当量比燃烧直接喷射汽油机的CO_2排放有可能减少18%。在欧6排放水平下,理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射3缸汽油机动力总成具有理想的使用价值。在无稀燃后处理系统的情况下,如果3缸涡轮增压柴油机能满足NO_x排放标准的要求,则其价值能与汽油机的相当。因发动机本身NO_x排放较高而需要采用稀燃后处理系统的动力总成劣势明显。基于紧凑型汽车对价格的敏感性,根据价值分析预测,3缸涡轮增压直接喷射汽油机符合动力总成的选择要求。     

尿素选择性催化还原系统的催化剂分析技术——还原剂转化过程测试

为了分析尿素选择性催化还原（SCR）转化器中还原剂的转化过程,开发了2种诊断技术:一种用于测量氨（NH3）,另一种用于测量包括未参与反应的尿素和异氰酸在内的还原剂总量。这些技术适用于测量SCR转化器入口及内部的还原剂形态。揭示了尿素→NH3的转化率,以及催化转化器入口的还原剂分布,同时也分析了催化转化器内部的尿素→NH3转化率随时间的变化趋势。     

SCR载体尺寸对背压及NOx转化效率的影响

基于发动机台架试验研究了不同选择性催化还原（SCR）载体尺寸的性能差异。结果表明：SCR 载体尺寸会显著影响 SCR 系统的性能,载体长度增加导致排气背压明显增大,但SCR 系统的氮氧化物（NOx）转化效率提升不显著;增大载体直径可同时实现排气背压降低和NOx 转化效率提升;当排气温度高于尿素起喷温度时,加大尿素喷射量后,相比于直径为118.4 mm 的 SCR 载体,直径为 143.8 mm 的 SCR 载体性能可提升 2 倍。     

稀薄燃烧汽油机NOx排放后处理研究进展

降低稀燃汽油机NOx排放是实现稀薄燃烧的最大难题。文中详细阐述了降低稀燃汽油机NOx排放的吸附催化转化和选择还原催化转化技术与研究进展。认为应该充分应用稀燃发动机的排气产物作为还原物质,如HC和CO等,采用沸石和贵金属分子筛催化器对NOx进行选择还原。提出研制具备高的NOx转化效率,同时具有好的水热耐久性和高的抗硫中毒能力的选择还原催化器是我们科技工作者追求的目标。     

针对欧4及未来法规的发动机高效排气后处理解决方案

重型载货车辆欧4法规在实施瞬态和稳态试验的尾气氮氧化物(NOx)排放限值时,还对氨(NH3)排放有所限制。为满足法规要求,有几种可能的策略,包括发动机管理措施,以及采用以NH3作为还原剂的NOx催化后处理措施。根据试验数据,对排气后处理系统的整体性能及安装,以及运行成本等一系列重要问题进行了阐述和讨论。还讨论了欧5及未来排放法规的相关因素。发动机以高废气再循环(EGR)率运行是在几乎没有NOx催化还原后处理情况下满足欧5法规的可能路径之一。将EGR与仅采用选择性催化还原(SCR)解决方案的无EGR发动机作了对比。此外,还说明了通过使用氨逃逸催化器或改善尿素剂量控制策略来减小SCR催化器尺寸的可能性。通过在同一系统上进行的对比试验给出了不同尿素剂量策略的效果。另一个很重要的方面是后处理系统的热管理和保温,利用试验数据对比进行了说明。最后,对未来法规研究领域的重要性进行了讨论。     

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。     

尿素-SCR技术对NOx转化率和NH3排放的影响

在AVL发动机台架上就尿素-SCR技术对NOx转化率和NH3排放的影响进行了试验,催化剂为钒氧化物,尿素质量分数从0变化到50%.研究发现,排气温度、空速、尿素浓度、尿素喷射量对NOx转化率和NH3排放有着重要影响:排气温度升高,NOx转化率先升高后下降,400～450℃是转折点;提高排气空速,NOx转化率线性下降,N...     

发动机排气后处理技术

回顾了汽油机和柴油机的排放控制技术,以及催化转化系统应用的历史。介绍了氧化催化转化器、三效催化转化器、柴油颗粒过滤器(DPF)及选择性催化还原(SCR)装置的工作原理,并解释了当前汽车所采用的催化转化系统。对近年来后处理技术的各种改进作了相关介绍,如带涂层的三效催化转化器,在柴油机氧化催化转化器中应用钯、铜系SCR,以及SCR—DPF等。对发动机技术的发展方向,以及未来通用的全球统一试验循环也作了探讨。     

不同还原过程空燃比大小对降低稀燃汽油机NOx排放的试验研究

运用自行开发设计的稀燃发动机电控系统和催化系统，对稀燃汽油机运用吸附还原催化法在不同的还原过程空燃比条件下降低NOx的排放进行了研究。试验结果表明，还原过程空燃比越小，吸附还原催化器吸附的NOx还原就越彻底，汽油机排出的NOx也越少。但稀燃汽油机的燃油消耗率增加，经济性变差。     

氧传感器的故障分析与诊断

由于环保的要求，许多汽车在排气系统中装有三效催化转化器，以减少汽车一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx)的排放量。由于三效催化转化器在理想空燃比(14.7:1)附近时净化率最高，所以必须控制发动机工作在理想空燃比很窄的范围内。发动机每次工作循环的喷油由装在排气管中的氧传感器反馈给发动机的ECU，ECU根据氧传感器的反馈信号修正喷油量。     

国Ⅵ汽油车颗粒物排放后处理应对策略

正1国Ⅵ汽油车降低颗粒物排放的措施1.1汽油机排放污染物及其后处理应对策略汽油机排放污染物主要来自细颗粒排放物质(PM)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和一氧化碳(CO)等4个部分。针对汽油机而言,尾气后处理装置主要有三元催化转化器(TWC)、热反应器、空气喷射器和汽油机颗粒捕集器(Gasoline Particulate Filter,GPF)等。其中,三元催化转化器是目前应用最多的废气后处理技术,也是大家相对比较熟悉的汽油车排放后处理技术。三元催化转化器安装在排气支管之后、排气消声器之前的排气管中,当发动机工作时,     

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。     

紧凑型DOC-混合器-SCR后处理系统数值模拟

为提高SCR系统的转化效率,提出紧凑型DOC-混合器-SCR后处理系统,建立了3种不同结构的后处理模型。采用计算流体力学(CFD)结合化学反应动力学的方法,建立了柴油机SCR-NOx催化器三维数值模型,该模型包含尿素水溶液喷射、液滴蒸发和热解、NOx催化还原化学反应整个尾气后处理过程,得到了紧凑型后处理系统的湍流动能场、速度流场、浓度场的分布规律,并与传统型后处理系统模拟仿真结果进行对比。研究结果对柴油机后处理系统设计具有参考价值。     

2013年车用发动机排放控制回顾（上）

回顾了2013年汽车排放法规和车用发动机排放控制技术的重要进展。介绍该领域排放法规的主要进展,包括美国建议收紧轻型车污染物排放标准,以及欧盟制定车辆实际行驶排放标准的情况。在应对严重的空气质量问题方面,中国和印度出现值得注意的转变。简要阐述了发动机燃油的发展状况。估计目前正处于石油稳定供应的初期阶段,有可能使燃油价格保持稳定。轻型车和重型车的发动机技术促使效率明显提高。回顾了汽油机和柴油机在满足现行氮氧化物和温室气体排放法规方面取得的重要进展。证实或不久将证实,重型发动机可以采用常用的方法达到50%有效热效率。回顾了包括选择性催化还原系统和选择性催化还原过滤器在内的氮氧化物控制技术进展,重点是低排气温度下的氮氧化物减排,以及各种部件的整合和控制。柴油机的颗粒减排技术正在围绕积灰特性和选择性催化还原一体化方面发展。直喷汽油机使用的颗粒捕集器正在快速发展,在某些情况下,这种捕集器的背压、点火特性和减排功能已与三效催化转化器的十分接近。氧化催化转化器的发展涉及一些棘手的问题,如排气中碳氢化合物和CO较高时的低温减排性能,以及甲烷氧化问题。讨论了汽油机气态排放物控制技术的主要进展,重点是发动机标定与排放控制系统的匹配,以及稀燃汽油机的排放控制。上半部分介绍排放法规、燃油,以及发动机技术的发展情况。