两种技术路线的重型车整车载荷对排放的影响

为了探究柴油颗粒过滤器(DPF)+选择性催化还原(SCR)+废气再循环(EGR)和DPF+SCR这两种技术路线的我国Ⅵ阶段排放重型车在不同整车载荷下的排放差异,从整车测试的角度出发,以对重型车整车排放量的测试为主要研究手段。利用重型底盘测功机分别对两辆不同技术路线车辆加置0%、25%、50%和100%的载荷,运行重型商用车瞬态循环(C-WTVC),利用全流稀释定容采样系统(CVS)测量车辆排放结果。结果表明,采用EGR技术的车辆NO_x的排放在半载及满载的工况下,NO_x的排放量基本不受载荷变化的影响,其值稳定在450 mg/(kW·h)左右;未采用EGR技术的车辆NO_x排放受载荷变化影响较大,在全载荷工况下均受其影响,且NO_x排放量与载荷的变化呈反比趋势,随着载荷的增大由最高点524 mg/(kW·h)向最低点226 mg/(kW·h)依次递减。为即将实行的国Ⅵ标准中重型车整车部分的新车排放认证提供了工况数据,对于提高国家测试水平具有一定的指导意义。     

小型非道路柴油机稳态和瞬态排放特性分析

为了使非道路用柴油机达到GB 20891—2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)》中第四阶段排放限值的要求,按照稳态循环(NRSC)和瞬态循环(NRTC)规定的工况,对一台非道路用自然吸气柴油机进行测试研究。引入分担率的概念,分析NRSC试验时柴油机各工况下CO、NO_x、HC排放对整机排放的影响;研究NRTC试验时冷启动循环和热启动循环排放特性的差异和CO、NO_x、HC的瞬时排放曲线。结果表明:NRSC试验下,污染物在2 400 r/min下100%负荷时排放分担率均超过18%,是控制污染物的关键工况;NRTC试验下,相对于NRTC试验热启动循环,冷启动循环的颗粒物(PM)、CO比排放量分别为0.25 g/(kW·h)和3.36 g/(kW·h),高于热启动循环的0.23 g/(kW·h)和2.28 g/(kW·h),而NO_x+HC的比排放量为6.67 g/(kW·h),略低于热启动循环的6.88 g/(kW·h)。CO瞬时排放峰值基本对应转矩峰值、转矩谷值及转速峰值;NO_x瞬时排放峰值基本对应转矩峰值;HC的瞬时排放相对CO、NO_x变化更平稳。该研究可为降低非道路用柴油机稳态和瞬态排放提供参考。     

满足美国EPA 3排放法规的188F汽油机机内净化研究

为满足通用小型汽油机美国EPA 3排放法规的要求,对188F汽油机运用气道稳流试验、缸压采集试验、累计放热率计算等方法,研究气道流通系数、混合气浓度和点火提前角对汽油机CO、HC和NO_x排放的影响,分析排放特性、缸内燃烧压力、燃烧放热率、缸内温度的变化规律。结果表明:改进气道结构后,最大气门升程时进气道和排气道的流通能力分别增大39.5%和34.2%,气缸进气量增加,功率增大0.73 kW、燃油消耗率下降8.1 g/(kW·h),排放降低;点火提前角不变,改变过量空气系数φ_a大小,各工况下HC+NO_x存在一个最低值,研究得出低排放的理想混合气浓度特性,即标定工况下采用浓混合气(φ_a为0.835)以满足美国EPA 3排放法规,且过量空气系数随负荷的减小逐渐增大;其他参数不变,推迟点火提前角可以有效抑制NO_x、HC排放,但功率降低、燃油消耗率增加,综合考虑选取点火提前角为18°CA。188F汽油机经250 h劣化试验的CO和HC+NO_x排放结果为312.5 g/(kW·h)和7.1 g/(kW·h),低于美国EPA 3的610 g/(kW·h)和8.0 g/(kW·h)的限值,达到排放法规要求。研究工作为低排放通用小型汽油机研发提供了可供参考的技术路线。     

柴油机SCR系统NO_x目标转化率分布规划方法

采用SCR技术,可以使NO_x比排放满足排放法规要求.然而,各个工况NO_x目标转化率的分布设定,对NH_3的综合比消耗存在很大的影响.为此,分析了ESC稳态测试循环利用优化NO_x目标转化率分布的方法降低NH3比消耗的可行性,依据实验数据,建立了以NO_x比排放和NH_3平均滑失浓度限制作为边界条件、以最小NH_3平均比消耗作为优化目标的数学描述模型.针对此模型,给出了最优解的求解方法.采用上述优化模型,在离线模式下得到了最优的目标转化率分布MAP,并通过发动机台架实验进行了ESC实验循环验证.结果表明,采用该优化方法可以节省10%~20%的NH_3消耗量.     

DOC与SCR系统在轻型柴油机中的应用研究

针对单独的选择性催化还原器(SCR)不能使轻型柴油机排放达到标准,提出氧化催化转化器(DOC)与SCR组合应用。基于台架试验,在一台四缸共轨增压中冷柴油机的排气管上匹配DOC和SCR并进行欧洲稳态循环(ESC)测试研究,探究了DOC对SCR入口处进气的温度影响和对SCR中结晶物进行热重分析,研究了DOC+SCR对柴油机的经济性的影响、尾气排放性能的影响。试验结果表明:DOC对提高SCR入口温度的作用不大,在转速2 400 r/min,扭矩126 N·m时达到最大10℃;DOC主要改变SCR入口NO2与NOx的体积比,怠速状态下提高比例达到64%,其余工况达到30%;对尿素沉积物进行了分析,得出排气管壁与喷嘴处附近的结晶组分含量不相同;柴油机采用DOC与SCR后处理装置后,燃油消耗率在高负荷情况下增大1.5%;CO和HC排放在各个负荷下都大幅下降,排放值分别为0.007 g/(k W·h)、0.005 g/(k W·h);NOx的排放在SCR作用下达到1.209 g/(k W·h),转化率达到79%。研究结果可为轻型柴油机满足排放标准、优化排放提供参考。     

天然气发电的环境效益分析

在对燃气和燃煤发电的全生命周期清单分析的基础上,引入环境外部成本概念,计算两种火力发电的生命周期成本.分析结果表明,天然气发电生命周期过程中CO2总排放量为412.78 g/(kW·h),仅为燃煤排放量的48%,其他废气如SO2、CO和PM的生命周期排放总量分别为燃煤的10%,24%和8%.天然气发电的生命周期成本为0.454 8元/(kW·h),其中外部成本是0.0587元/(kW·h),仅为燃煤发电的39%.     

柴油机SCR系统控制单元设计与研究

为降低车用柴油机氮氧化物排放,采用美国Freescale公司16位高性能控制芯片MC9S12XS128开发一套SCR(Selective Catalytic Reduction)后处理系统控制单元,进行微控制单元(MCU)模块、电源管理模块、输入调理模块、输出驱动模块、控制器局域网(CAN)总线通讯模块等硬件电路设计。根据SCR工作原理,制定控制策略,设计和完善控制程序。以一种四缸柴油机为样机开展欧洲稳态测试循环(ESC)排放试验,并与原机进行比对。试验结果表明:安装SCR后处理系统的样机,NOx比排放量低至1.713 g/(k W·h),较原机的8.421 g/(k W·h)降低了79.44%,其中NOx最高转化率可达92.53%,平均转化效率达73.21%。柴油机NOx排放满足国Ⅴ排放标准,控制单元性能稳定,达到设计要求。     

基于遗传算法的柴油机空气系统优化研究

为了提高柴油机的燃油经济性,文章利用遗传算法对带有废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)系统的涡轮增压柴油机空气系统进行参数优化.以发动机有效燃油消耗率为优化目标,NOx与Soot排放为约束,EGR阀开度与可变截面涡轮增压器的叶片开度为优化参数,利用开发的GT-Power与Matlab/Simulink联合仿真程序进行遗传算法寻优.全负荷工况下的寻优结果表明,寻优后燃油消耗率相较于原机下降了1.21～2.42 g/(kW·h),通过遗传算法优化的空气系统参数能明显改善柴油机的燃油经济性.最后根据发动机各个工况的优化结果,绘制了EGR阀开度map与涡轮增压系统(variable geometry turbocharger,VGT)叶片开度map.     

重型柴油机双SCR系统转化效率影响因素研究

为了研究国六重型柴油机选择性催化还原(slective catalytic reduction, SCR)系统NO_x转化效率的影响因素,文章运用AVL BOOST仿真软件对催化器内的化学反应过程进行了数值仿真和试验验证。结果表明:SCR催化器最佳反应温度范围在180～550℃,催化器转化效率达到95%以上;通过前置氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst, DOC)可以在排气中增加NO_2的质量分数,可以提高催化器转化效率且使NO_x转化效率保持在较高水平,也可以除去尾气中大部分的CO和HC,达到排放标准;安装混合器后各个工况下NO_x转化效率均有10%左右的提高,尤其在低温180℃时SCR催化器的转化效率有13%左右的提高。     

进气道喷水对增压直喷汽油机性能的影响

基于1台缸内直喷增压汽油机,试验研究不同水油比对加浓和当量比混合气燃烧时的发动机燃烧和排放性能的影响。研究结果表明:在满负荷工况下,当过量空气系数λ为1时,随着水油比增加,燃烧相位推迟,燃烧持续期延长,同时喷水后空气质量流量下降,两者共同导致发动机平均有效压力降低;采用当量比混合气燃烧时,λ为1时的CO,HC和排气烟度与λ为0.88时相比明显降低,而NO_x排放量升高;CO,排气烟度和NO_x排放量随着水油比增加而降低,而HC排放量升高。在满负荷工况下采用当量比混合气燃烧时,通过喷水能够使发动机抗爆能力提高,点火时刻进一步提前,燃烧相位提前;燃烧相位提前使发动机平均有效压力与未优化点火时刻相比提升0.9%～2.9%,有效燃油消耗率降低2.2%～3.9%。     

S1A—02燃汽轮机NOx污染物排放量的测量与分析

本文在研究国内外有关 NO_x 测量与控制的基础上,参考柴油机 NO_x 排放物测量标准,设计并组装了测量装置,测量 S1A-02燃机和 S1A-02DFC 机组(双工质循环)在不同工况下的 NO_x 排放量.从而得到 NO_x 排放量与燃烧室进口处空气温度、压力、油气比、涡轮排气温度、注入蒸汽量之间的关系,并参考国内外有关资料,分析了燃料含氮在不同工况下对 NO_x 排放量的影响.为下一步探讨喷咀的注汽方式,研究燃用不同含氮浓度燃料对 NO_x 排放量的影响打下基础.为设计特殊的低 NO_x 排量的燃烧室和制定我国燃机 NO_x 排放标准提供实验和理论上的依据.     

深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NO_x的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NO_x排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NO_x排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.     

135万t焦炉烟气低温SCR脱硝系统的构建及其催化剂性能研究

为探索低温脱硝催化剂在工业应用中的使用性能及其寿命,以年产135万t焦炭焦炉烟气NO_x治理为例,构建一套低温选择性催化还原工艺(SCR)脱硝系统,主要包括氨气稀释系统、烟气换热器、热风炉、SCR反应器等.结果表明,低温脱硝催化剂脱硝效率受烟气温度影响较大,当烟气温度在230℃左右时,脱硝效率高达85%;兼顾脱硝效率和逃逸氨浓度,当n(NH_3)∶n(NO_x)=0.85～0.9时,低温脱硝催化剂的脱硝效率稳定在80%以上;低温脱硝催化剂连续使用4 000 h,脱硝效率约下降30%,将脱硝烟气加热至320℃左右时,低温脱硝催化剂能够再生,再生时间为36 h,且在再生过程中,仍能维持较好的脱硝效率,即低温脱硝催化剂能够高温在线再生;低温脱硝催化剂使用24 000 h,脱硝效率仅下降5%,但逃逸氨的质量浓度上升并超出排放标准,抗压强度接近《火电机组SCR催化剂强检要求》中强度要求的下限值;催化剂失活后需更换,其使用寿命约为24 000 h.     

基于AVL-BOOST的米勒循环发动机性能分析研究

传统奥托循环发动机的燃油消耗率较高,经济性较差,不能满足日益严格的油耗法规和混合动力汽车的要求,因此改善发动机燃油经济性变得日益迫切。在混合动力发动机上采用米勒循环、EGR(废气再循环)以及高压缩比等技术均有利于降低燃油消耗率。在新设计的进气凸轮工作转角下,研究了EGR率、气门正时、压缩比等主要因素对发动机进气过程、泵气损失、燃烧过程以及发动机性能的影响规律。结果表明:推迟进气门关闭时刻,有利于降低缸内燃烧压力和温度,进气门迟闭角每增大10°CA,缸内最大温度约降低120 K,但过大的气门晚关时刻会使缸内燃烧恶化,一定程度上削弱了由于泵气损失的降低对燃油经济型的改善。在2 000 r/min,外特性工况,270°CA进气凸轮工作转角下,压缩比为13时,发动机燃油消耗率达最低为253.1 g/(kW·h)。在2 000 r/min, 1.2 MPa工况,EGR率为5%时,燃油消耗率降到了235 g/(kW·h),相比原机,采用米勒循环技术后发动机经济性有较大改善。     

重组大肠杆菌BL21(pBAI)生产人干扰素α2b

通过培养重组大肠杆菌BL21(pBAI)表达人干扰素α2b(Human Interferon α2b,hIFNα2b).hIFNα2b表达由PL,启动子控制,通过升温至42℃诱导表达.本研究比较了分批培养和多种补料分批培养方式下hIFNα2b的生产,其中通过恒速流加葡萄糖,hIFNα2b的表达量达到6 540 mg/L,平均生产速率和比速率分别为546 mg/(L·h)和27 mg/(g·h).升温前1.5 h补充25 g酵母提取物,并以0.27 g/(g·h)的比速率供应葡萄糖,hIFNα2b的平均生产速率达到1 006 mg/(L·h),比生产速率为54 mg/(g·h),对有机氮源的得率提高到138 mg/g.     

EGR技术对柴油机性能的影响

应用废气再循环(EGR)技术通过改善柴油机燃烧进程以降低NO_x排放。基于AVL-FIRE软件搭建TBD620柴油机仿真模型对其缸内燃烧进程进行仿真,并分析EGR技术对其主要性能指标带来的影响,据此判断不同运行情况下的最佳EGR率,在兼顾碳烟排放不致过高的前提下实现NO_x最终释放量最低。结果表明,柴油机工作负荷越大,缸内NO_x最终释放量越大。因此在高负荷工况下,应采用较高的EGR率来满足降低NO_x排放量的要求;在中负荷工况下,NO_x排放量已经大幅降低,综合考虑其动力性、经济性因素,选取适中的EGR率;在较低负荷工况下,NO_x产生量已经较低,EGR率对减小NO_x释放量的作用十分有限,故采用低EGR率。     

柴油机燃用柴油-丙烷混合燃料的性能与排放研究

利用高压氮气将丙烷在常温下液化,按不同比例与柴油进行充分而均匀的混合,制成柴油-丙烷混合燃料.在直喷式柴油机上开展了燃用柴油-丙烷混合燃料时的发动机性能和排放特性研究.研究结果表明:与燃用柴油相比,燃用柴油-丙烷混合燃料时,在整条曲线上,有效热效率随混合燃料中丙烷比例的增加而增加,平均由31.6%增加至33.7%;有效燃料消耗率随混合燃料中丙烷比例的增加而降低,平均由268.3 g/(kW.h)降低至248.6 g/(kW.h);CO、HC和碳烟排放随混合燃料中丙烷比例的增加而降低,CO排放平均由0.059%降至0.046%,HC排放平均由45×10-6降至21.8×10-6,碳烟排放平均由1.057 m-1降至0.364 m-1;NOx排放随混合燃料中丙烷比例的增加而增加,平均由730×10-6增至1 226×10-6.     

柴油机SCR后处理控制器的研发

基于某重型柴油机进行选择性催化还原(SCR)的后处理系统匹配,开发了SCR后处理控制器,采用高性能芯片MC9S12XEQ512进行了控制器硬件设计,并完成性能测试,对SCR系统控制策略进行了深入研究,利用催化器下游NO x传感器和废气流量计的测量值作为期望输出,采用有导师学习方式的BP神经网络开发了催化器上游NO x排放估算模型,并基于此模型设计稳态工况添蓝计量控制策略,提出了催化器载体瞬态温变滞后修正算法和瞬态工况NH3泄漏控制策略.结果表明:设计的SCR控制系统瞬态工况的鲁棒性好,NO x转化率控制在60%左右,NH3泄漏量最大值控制在2.5×10-5以下;设计的控制器应用到目标发动机,经ESC和ETC试验验证排放达到国Ⅳ标准.     

连续可变气门升程系统对发动机燃烧和排放的影响

为了深入分析连续可变气门升程(CVVL)系统对增压直喷(TGDI)汽油发动机性能的影响,通过对典型工况点的台架测试,对比分析了可变气门升程对HC、NO_x、CO、比油耗以及平均指示有效压力燃烧循环变动系数(COV-IMEP)的影响规律。结果表明,在各个转速下,COV-IMEP随发动机负荷增加而下降;低转速中等负荷时,COV-IMEP随气门升程的减小显著下降。HC随气门升程下降而下降,但下降幅度较小。NO_x随气门升程下降显著上升,通过优化气门升程和推迟排气门正时机构相位角,可以有效抑制NO_x的上升。利用CVVL系统的上述特点,在综合工况循环冷起动排放优化中,更多推迟点火角,加速三效催化器的起燃,而COV-IMEP保持在可接受的水平,从而大幅降低了排放水平。     

应用SCR后处理实现车用柴油机国IV排放

 选择性催化还原（SCR）技术是实现柴油机超低NOx排放最有效的后处理方法之一。本研究采用一台电喷单体泵柴油机,通过燃烧优化使PM排放满足国IV排放要求。为降低原机较高的NOx排放,采用开环控制策略开发一套电控单元控制尿素溶液喷射,通过将32.5%的尿素溶液定量喷射到排气管,提供还原剂,与柴油机排气中的NOx发生选择性还原反应,生成N2和H2O,实现降低NOx排放的目的。由于选择催化还原方法的NOx转化效率高,通常采用开环控制即能实现国IV排放。本研究通过标定实验获得发动机的原机NOx排放、排气温度、排气流量、单位尿素溶液流量的NOx降低量等脉谱,并将其写入电控单元。通过这些脉谱和当前的发动机转速、负荷信号及催化器进出口的温度信号,电控单元可计算出当前工况需要的尿素喷射量。采用该方法,在稳态和瞬态循环工况,研究了SCR后处理的NOx转化效率、氨泄漏及尿素溶液消耗量特性。结果表明,稳态循环ESC、瞬态循环ETC中,NOx平均转化效率分别达到65.2%、65.3%,氨排放小于5ppm;可溶性有机成分（SOF）,实验表明,PM减少主要是由于SOF在氧化单元中发生氧化反应;对ETC循环中尿素消耗量的分析表明,采用本研究开发的尿素溶液计量单元及配套本实验使用的发动机的柴油车,运行100km大约消耗32.5%尿素溶液2L。