现代柴油车排放及其控制技术综述

简要分析了目前柴油车排气净化的焦点;重点介绍了国际上主要应用的机内净化技术,如提高喷油压力、采用排气再循环(EGR)。等,以及机外净化技术,如NOx后处理技术、微粒(PM)后处理技术等;最后对当前为满足欧Ⅰ至欧Ⅳ标准国外所采用或即将采用的净化技术进行了对比。     

车用柴油机欧Ⅴ、欧Ⅵ排放控制技术路线研究

欧Ⅴ欧Ⅵ规定的PM和NOx的排放限值较欧Ⅳ更低,为了满足欧Ⅴ欧Ⅵ的要求,本文介绍了3条主流技术路线,并对这3条技术路线进行了对比分析。     

车用重型高压共轨柴油机EGR性能及优化

在1台CA6DL2—35E3重型高压共轨柴油机上建立原理性低压EGR系统,并进行了EGR性能试验。试验结果表明:在欧Ⅲ高压共轨柴油机平台下,小EGR率即可大幅度降低NOx排放;从性能及排放折中考虑,在中小负荷可适当增大废气回流量以实现低温燃烧;根据优化策略优化EGR率后,仅在13%EGR率范围内气体排放即可达到欧Ⅳ法规水平,而通过对大负荷最佳EGR率的修正,在满足排放要求的同时,可降低EGR散热损失;NOx比排放量随燃烧放热率峰值变化存在拐点(EGR率最优点),可作为改善尾气排放的有效判据。     

柴油发动机满足欧Ⅵ排放排气后处理技术分析

<正>随着排放法规的逐步加严,仅依靠机内净化技术已不能达到法规限值要求,还必须使用排气后处理技术来控制污染物。参考国外柴油发动机从欧Ⅴ到欧Ⅵ阶段的技术路线,由于柴油机排放物PM与NOx存在折中效应,为达到欧Ⅵ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。     

高压共轨系统和尾气后处理的开发

中重型车辆各国排放法规 由图1可看到,从欧V到欧VI排放法规,NOx排放降低大约80％,美国从US07排放到US10排放法规,NOx排放约降低83％;日本从中长期发展项目(NLT05)发展到新长期发展项目,NOx排放降低约87％.这是未来降低排放的一个重要的工作方向.要达到欧Ⅴ或国Ⅴ排放,有不同的技术路线,有的采取SCR技术路线;有的采用废气再循环(EGR)的技术路线.图2为满足欧Ⅳ(国Ⅳ)、欧Ⅴ(国Ⅴ)排放的SCR技术路线,可采用燃油喷射压力为1600bar高压共轨系统,NOx排放限值在8～10g/kWh之间,那么可采用开环的废气后处理DeNOx系统,NOx转化效率约在70％左右.不带氧化催化转化器(DOC),采用废气阀控制的增压器,能降低NOx 70％左右,可达到欧Ⅳ(国Ⅳ)排放水平.如果要达到欧V(国V)排放限值,只要采用闭环废气后处理DeNOx系统,NOx转化效率约80％左右,可选用氧化催化转化器,废气阀控制的增压器.     

高压共轨系统和尾气后处理的开发

中重型车辆各国排放法规由图1可看到,从欧Ⅴ到欧Ⅵ排放法规,NOx排放降低大约80%,美国从US07排放到US10排放法规,NOx排放约降低83%;日本从中长期发展项目(NLT05)发展到新长期发展项目,NOx排放降低约87%。这是未来降低排放的一个重要的工作方向。要达到欧Ⅴ或国Ⅴ排放,有不同的技术路线,有的采取SCR技术路线;有的采用废气再循环(EGR)的技术路线。图2为满足欧Ⅳ(国Ⅳ)、欧Ⅴ(国Ⅴ)     

低温等离子体对柴油机尾气净化效果的研究

本文中对利用低温等离子体(NTP)技术净化柴油机尾气中的颗粒物(PM)、总碳氢(THC)和氮氧化物(NOx)进行研究,结果表明,介质阻挡放电反应器的输入能量和对柴油机尾气的处理量是影响NTP净化性能的主要因素.在低能量窗口(输入电压约为7.5kV)内,NTP对NOx净化效果较好,对PM和THC的净化效果较差;而在高能量窗口(输入电压为10kV)内,NTP能有效地净化PM和THC,却可能使NOx的浓度增大.在相同输入能量条件下,处理量越大NTP的净化效果越差.     

多次喷射对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

基于1台高压共轨涡轮增压柴油机,采用不同的预喷正时、预喷油量与后喷正时等,研究了多次喷射对燃烧放热、排放生成与燃油经济性的影响,以实现均质压燃和低温燃烧过程。研究结果表明:随预喷正时提前,缸内峰值压力降低,主燃阶段的滞燃期缩短,NOx和炭烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷阶段燃烧的放热率和最大压力升高率增大,NOx和HC排放增大,而PM和CO排放降低;随后喷始点推迟,缸内压力与主放热率峰值差异变小,NOx排放降低,但炭烟排放先增大后逐渐降低。     

基于喷射正时的柴油机燃烧和排放研究

基于集成电控单体泵柴油机,讨论了喷射正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。喷射正时对滞燃期和速燃期有显著的影响,从而影响放热规律、缸内压力和燃烧温度,进而对NOx和PM排放特性有显著的影响。在中大负荷下,随着喷射正时的滞后,放热率曲线相对于上止点的相位滞后,缸内最高燃烧温度下降,NOx排放下降,PM排放升高。在中小负荷下,随着喷射正时的进一步滞后,NOx和PM的排放同时下降。     

现代柴油机的技术武器(二)废气后处理装置

大量的研究表明，柴油机仅靠机内净化不能完全满足欧Ⅲ以上的排放法规要求，必须同时采取废气后处理技术。而减少NOx和微粒的排放装置则是实现欧Ⅳ和欧Ⅴ标准废气后处理的有力武器。     

Effect of a 2-stage injection strategy on the combustion and flame characteristics in a PCCI engine

Recently, to reduce environmental pollution and the waste of limited energy resources, there is an increasing requirement for higher engine efficiency and lower levels of harmful emissions. A premixed charge compression ignition (PCCI) engine, which uses a 2-stage type injection, has drawn attention because this combustion system can simultaneously reduce the amount of NOx and PM exhausted from diesel engines. It is well known that the fuel injection timing and the spray angle in a PCCI engine affect the mixture formation and the combustion. To acquire two optimal injection timings, the combustion and emission characteristics of the PCCI engine were analyzed with various injection conditions. The flame visualization was performed to validate the result obtained from the engine test. This study reveals that the optimum injection timings are BTDC 60° for the first injection and ATDC 5° for the second injection. In addition, the injection ratio of 3 to 7 showed the best NOx and PM emission results.     

Heat exchanger/catalytic system for reducing the exhaust emissions from diesel engines

A system has been researched over the past 3 years for reducing the exhaust pollutants from diesel engines for light commercial vehicles. The system researched achieves Euro 6 standards for reduction of polluting gases (CO, HC, PM, NO). It consists of 4 main sections: 1. A heater and heat exchanger (HE); 2. A CO/HC oxidising catalyst (D°C); 3. Pt catalyst on a diesel particulate filter (DPF); 4. A NO reducing reaction (SCR) within the DPF. The system operates as follows. The exhaust gas contains oxidising gases, namely both O₂ and NO₂. The levels of CO and HC are oxidised by O₂ to CO₂ for temperatures above 200°C. Carbon (PM) is oxidised to CO₂ by NO₂ but requires a temperature above 250°C. The operating exhaust temperature of 300°C is ideal for the removal of NO by using the Pt catalyst and the CO generated within the DPF. The heater is required to be able to raise the exhaust temperature at any time to 300°C in order to optimise the performance of the system, since diesel engine exhaust temperatures vary between 160°C (slow speeds) to 350°C (high speeds). Considerable heat is required (??3 kW) to maintain the exhaust gas for a 2l engine at 300°C for engine idle conditions. Therefore a heat exchanger is required to re-circulate the input heat and thereby reduce the maximum power consumption to a maximum of 500W over the engine full operating test cycle. This energy is supplied by the engine battery and alternator. Experimental results have been obtained for the exhaust from a Kubota diesel engine and the reductions in exhaust emissions of 83% (CO/ HC), 58% (NOx) and 99% (PM) were obtained. The PM was continuously cleaned so that there was no build up of back pressure.     

废气再循环对车用柴油机性能与排放的影响

为了降低车用柴油机的NOx排放，研究了不同工况下EGR率对柴油机性能的影响。试验结果表明，采用EGR可以有效地降低NOx排放。大负荷比小负荷效果显著，但微粒的排放有所增加。小负荷采用EGR时可以改善发动机的燃烧，微粒排放基本没有变化。空燃比是影响微粒排放的关键因素，小负荷宜采用大EGR率，大负荷时宜采用小EGR率，以求在控制NOx排放降低的同时，总的微粒排放不至增加过多。     

EGR对车用柴油机性能影响的试验研究

结合某废气涡轮增压和高压共轨小型4缸柴油机国Ⅳ排放达标工作,进行了计算机在线实时控制EGR对柴油机性能影响的试验研究,通过试验分析了EGR对NOx、烟度、排气温度、燃油消耗率的影响规律,并对EGR率与喷油提前角的匹配作了进一步的研究。结果表明,为降低柴油机NOx排放,不同工况应采取不同的EGR率;烟度、排气温度、燃油消耗率均随着EGR率的增加而增大;EGR率和喷油提前角应实现良好的匹配,才能保证NOx排放和燃油消耗率都能达到要求,其中小EGR率匹配小喷油提前角,大EGR率匹配大喷油提前角。     

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。     

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。     

汽油机富氧燃烧特性试验研究

在1台4G18汽油机上进行富氧燃烧试验,进气中O2体积分数分别为21%,23%和25%,研究了不同富氧燃烧条件下的缸内压力、瞬时放热率及THC,CO和NOx排放.研究结果表明:在汽油机中低负荷典型工况下,随着进气中O2体积分数的增加,燃烧与排放均有改善,燃烧相位提前,缸内压力峰值和瞬时放热率峰值均增大,THC,CO排放...