基于国Ⅵ标准柴油机SCR排放标定试验研究分析

文章为了检验选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)系统在尾气排放中的各方面性能,对柴油机进行AVL后处理台架搭建测试,在集成式后处理系统柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)+柴油颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)+SCR+氨氧化催化器(ammonia slip catalyst, ASC)的技术路线下,完成系统裸排、背压、WHTC排放、尿素结晶、传感器校对、开闭环标定等一系列测试;研究后处理系统对柴油机造成的排放阻力和温度损失,讨论氮氧化物(NO_x)的转化率与氨(NH₃)存储量之间的关系以及两者关系在不同排气流量和不同温度下的变化规律,并研究SCR系统对比柴油机原排所起的功效。结果表明：NO_x的转化效率随着NH₃存储量增大而逐渐变大,随着排气流量增大呈负指数增长,在一定温度下随温度呈正指数增长,超过一定温度后受催化剂材料约束;SCR系统造成的温损和压阻均在可接受范围内,...     

基于国Ⅵ柴油机SCR系统NOx转化效率影响因素研究

为了探究柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+柴油颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)+选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统氢氧化物(NOx)转化效率影响因素,文章利用AVL BOOST仿真软...     

柴油机SCR尿素喷射方式研究

鉴于柴油机选择性催化还原系统尿素喷射特性与氮氧（NO_x）转化效率密切相关,本文搭建SCR系统小样试验台,NO和NH₃作为主要试验用气,研究了不同氨氮比和不同温度条件下V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的氨存储、氨泄漏以及NO_x转化效率的影响.结果表明:氨氮比越大,氨存储量的建立时间越短,NO_x转化效率的提升就越快;氨氮比为0.22时,15 s内NO_x转化效率从0增大到4.3%;当氨氮比为0.30时,15 s内NO_x转化效率从0增大到8.7%;随着氨氮比的增大氨泄漏会提前出现;氨氮比先大后小的喷射方法有利于改善NO_x转化效率.采用氨氮比先大后小的喷射方法,进行ETC标准循环测试,NO_x比排放从8.26 g/（kW·h）减少到1.91 g/（kW·h）,NH₃泄漏均值为5×10-6,峰值为18×10-6,满足国V排放法规要求.      

DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响

对装有氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)后处理系统的柴油机进行台架试验,利用烟气分析仪(Testo 350XL)和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(TSI EEPS 3090)研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NO_x)和颗粒物(particulate matter, PM)的变化规律.结果表明：负荷大于50.0%时,DOC后的NO₂体积分数φ(NO₂)显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO₂体积分数φ(NO₂/NO_x)随负荷增加而减小,DOC后和DPF后的φ(NO₂)、φ(NO₂/NO_x)随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%～30%,50.0%负荷下DOC的PM去除率最高,为26%;DPF的P...     

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。     

柴油/甲醇双燃料发动机耦合后处理系统的排放性能研究

为了实现压燃式发动机污染物的超低排放,在一台高压共轨柴油机上进行柴油/甲醇双燃料燃烧模式耦合后处理系统的排放特性研究。通过调节不同负荷下进气预混甲醇比例,分析了氧化催化转化器(DOC)、催化型颗粒物捕集器(CDPF)和选择性催化还原催化器(SCR)对柴油/甲醇双燃料发动机污染物排放的影响规律。结果表明：双燃料模式的排气温度降低,有效热效率在中低负荷时降低,在高负荷时增加;随着甲醇比例的增加,排气中CO、HC、NO₂和HCHO的体积分数增加,n(NO₂)/n(NO_x)显著提高,NO_x和碳烟的排放量明显降低。后处理系统工作特性受发动机负荷影响较大：在中低负荷时排气温度低,后处理系统对CO、HC和HCHO转换效率较低;在高负荷时排气温度高,系统催化活性增强,各种排放物转换效率也大幅提高。双燃料模式下,DOC后端氧化升温明显,n(NO₂)/n(NO_x)经DOC后显著降低,而纯柴油模式下则呈相反趋势。在不同负荷下：CDPF对碳烟的平均捕集效率超过90%;SCR催化反...     

SCR/DOC+DPF+SCR后处理系统对重型柴油机性能及排放的影响

文章基于氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)耦合颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原器(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术,对比了原机、搭载SCR、搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下重型柴油发动机的性能、排气污染物排放状况以及SCR入口处NO在氮氧化物(NOx)中的体积比。试验结果表明,搭载DOC+DPF+SCR系统比搭载SCR系统的发动机扭矩降低了10N·m,油耗基本保持不变;对比搭载DOC+SCR、搭载SCR以及搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下SCR入口处NO在NOx中的比例发现,SCR状态下基本全为NO,其余2种状态下NOx中NO的体积比随温度升高而逐渐降低,排温在450℃时该比例下降到0.86;搭载DOC+DPF+SCR的ESC试验中CO转化效率为93%,HC转化效率为70%,NOx转化效率为90%,PM转化效率为51%,相比于搭载SCR的ESC试验,NOx的转化效率降低了3%。     

DOC入口条件对气态物转化效率影响

为了探究柴油机氧化型催化转换器(diesel oxidation catalyst, DOC)废气量和温度对气态污染物转化效率的影响,文章测量了柴油机在不同废气量、不同入口温度下氧化催化转化前、后HC、CO、NO_x的体积分数,并计算了气态污染物的转化效率。试验结果表明:低温时CO转化效率随废气量的增加而降低;温度大于200℃时CO转化效率达到99%以上;HC在300～350℃时转化效率达到92%,相同温度下HC的转化效率随着废气量的增加而降低;NO的转化效率在300～350℃时达到55%以上。     

高负载铜基SSZ-13分子筛催化剂SCR模型研究

随着日益严格的排放法规出台，降低重型柴油机的氮氧化物(NO_x)排放已成为研究的重点．为提高SSZ-13分子筛催化剂在低温下的二氧化氮(NO₂)转化效率，通过数值仿真的方法研究了高负载铜基的小孔径分子筛催化剂在不同工况下的最佳NO₂占比情况．利用GT-SUITE软件建立了一维反应器模型以及催化反应动力学模型，采用数值模拟计算的方法对选择催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统内化学反应进行了研究．模型考虑了423～673 K的温度范围内，氨气(NH₃)的吸附、脱附和氧化反应、一氧化氮(NO)氧化反应、NO_x的还原反应以及硝酸铵(NH₄NO₃)的分解反应，并且在排出气体中监测重要的温室气体——氧化亚氮(N₂O)的排放量．结果表明：在高负载铜基的SSZ-13分子筛催化剂作用下，NO₂与NH₃反应生成的NH₄NO<...     

氨法脱硫中亚硫酸铵的氧化工艺参数

通过改变亚硫酸铵初始浓度、硫酸铵初始浓度、反应温度、混合液pH值、空气流量、催化剂浓度, 研究氨法脱硫中亚硫酸铵氧化率的变化. 结果表明: (NH₄)₂SO₃的浓度与 (NH₄)₂SO₃的氧化率成反比关系; 初始 (NH₄)₂SO₄浓度越大, (NH₄)₂SO₃氧化率越低; 当反应温度为40~60 ℃时, 随着温度的升高,  (NH₄)₂SO₃的氧化率不断增大;  (NH₄)₂SO₃氧化率受混合溶液pH值的影响, 较合适的pH值为5.5; 当空气流量为100~400 L/h时, 随着空气流量的增大,  (NH₄)₂SO₃的氧化率增大; 随着催化剂CoSO₄浓度升高,  (NH₄)₂SO₃氧化率增大.结合氨法脱硫工程实例考虑, 当反应温度控制在50 ℃ 左右, (NH₄)₂SO₃采用低浓度氧化, 混合液pH值为5.5, 空气流量为300 L/h, 催化剂浓度较高时, (NH₄)₂SO₃的氧化率较高.     

低排温条件下混合器本体温度对尿素雾化效果的影响

为了改善柴油机低排温(200℃)下尿素雾化效果不好的问题,本文研究了柴油机低排温条件下混合器本体温度对SCR系统的影响。基于云内4102柴油机,在1 200 r·min^-1、20%负荷条件下,运用计算流体动力学(CFD)技术进行数值模拟。通过对比2种混合器的压降、迹线、混合器上壁面液膜分布情况,选取更适合的混合器类型。通过改变混合器的本体温度,来对比分析不同温度的混合器对壁面液膜和催化器前端NH₃均匀性系数的影响。研究结果表明：混合器本体温度的变化对于液膜的形成影响较大,混合器本体温度从100℃升高到200℃时,混合器上液膜区域明显减少。混合器本体温度的升高对NH₃均匀性系数有显著影响。随着混合器本体温度升高,NH₃均匀性系数明显升高,且随着温度的不断升高,NH₃均匀性系数越来越接近1。使混合器保持合适的温度,能够有效提高尿素的雾化效果和NH₃均匀性系数。     

轻型柴油机国Ⅳ升国Ⅴ策略研究

为了满足国家标准中对轻型柴油机排放物的要求,文章对加装不同组合尾气后处理器的轻型柴油机进行了台架试验,并针对不同工况下氮氧化物(NOx)和碳烟等常规排放物的比排放量进行了分析研究。阐述了原机排气装置氮NOx和碳烟的排放问题,并对降低轻型柴油机尾气排放物的方法进行了研究;提出了加装柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)和颗粒物氧化催化器(particulate oxidation catalyst,POC)的改进方法,并分析了该后处理器组合对发动机各种常规排放物的影响规律;提出了通过提高轨压、关闭废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)阀使回流率降低,并安装DOC和选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理器的改进方法。研究结果表明,改进后的轻型柴油车排放物标定值满足国Ⅴ标准,因此所设计的优化方法可行。     

基于AVLBOOST的船舶柴油机SCR催化剂储氨特性仿真

为研究SCR催化剂的储氨特性,基于AVL BOOST软件建立某型船舶柴油机SCR催化剂模型,仿真研究不同温度和空速下的SCR催化剂储氨动态过程与储氨量,以及储氨量对转化效率的影响.结果表明:相同空速下,温度增大后催化剂储氨能力显著降低,氨存储时间以及饱和储氨量随温度升高呈线性减小的趋势;相同温度下,空速增大后加快了NH3泄漏,从而使氨存储时间和饱和储氨量有不同程度的降低.低温时(280℃以下),空速对饱和储氨量的影响较大,随着空速增大,饱和储氨量逐渐减小;较高温度时(280℃以上),空速对饱和储氨量的影响非常小.低温时,转化效率随储氨量增大而提高,随着温度的升高,储氨量对转化效率的影响逐渐减小.     

基于MPC5602的CDPF喷油助燃再生系统电控单元设计

文章分析了柴油发动机柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)喷油再生系统的结构和工作原理,研究了氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+催化型柴油机颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)喷油辅助再生系统的再生控制策略,提出采用Freescale公司的32位高速MPC5602单片机为核心控制器,开发了CDPF再生系统电控单元;根据控制策略对电控单元进行软件设计,在再生过程中对系统各执行器进行实时控制;最后搭建试验台架,对所设计的电控系统进行标定匹配,并对控制策略和电控单元工作性能进行试验。试验结果表明,该系统能稳定工作并顺利完成DPF的再生。     

当量比天然气发动机Pd/Rh基三元催化器起燃特性研究

为开发一款天然气发动机高效专用三元催化系统,文章建立一种适用于当量比燃烧天然气发动机的三元催化器(three-way catalyst, TWC)整体模型,研究贵金属种类、排气温度和组分浓度对CH₄、NO和CO起燃特性的影响。研究结果表明：Pd基催化器上CH₄的起燃温度T₅₀和完全转化温度T₉₀较低;在Pd基催化器中添加Rh贵金属能促进NO还原,但抑制CO转化;增加H₂O的体积分数能促进CH₄、NO和CO催化转化,但不同贵金属催化器上CH₄、NO和CO起燃性能受H₂O体积分数影响的程度不一样;增加O₂的体积分数可以促进CH₄、NO和CO催化转化,O₂体积分数过高时,CH₄和NO转化被抑制;不同贵金属催化器上NO和CO起燃性能受O₂体积分数的影响从大到小顺序为Pd、Pd/Rh、Rh,不同贵金属催化器上CH<...     

钒基SCR后处理技术在柴油机上的应用进展

 采用钒基催化器的选择性催化还原(SCR)后处理技术是中重型柴油车达到欧IV/V排放水平的主要技术途径。针对钒基催化器应用在柴油机上的优势,钒基催化器的性能优化和钒基催化器与其他后处理装置的集成3方面,综述了钒基催化器在柴油机上的应用进展。针对钒基催化器的优势,重点论述了NO_x转化能力,钒基催化器对THC,CO和PM排放的影响,温室气体排放,抗硫中毒能力和成本优势;针对钒基催化器的性能优化则分别从催化器体积对性能的影响,冷启动性能的优化,以及尿素溶液喷射策略改进和尿素喷雾改善等方面进行论述;对钒基催化器和DOC,DPF的不同布置方式进行了论述,并展望了钒基催化器的应用发展方向。     

YCD4B54系列柴油机的开发与研制

设计和研制YCD4B54柴油机,并针对研制过程中的技术要求、工艺流程,以及存在的技术关键与难点进行系统分析.结果表明:YCD4B54系列柴油机针对性地集成了多种机内处理技术,采用废气涡轮增压与中冷技术,能强化柴油机的动力;采用电控高压共轨燃油喷射系统,能提高喷油速率和燃油雾化水平;采用排气再循环+柴油氧化催化器+颗粒氧化催化器(EGR+DOC+POC)后处理技术方案,能保证柴油机具有良好的动力性和燃料经济性.     

液体燃料MILD燃烧的特性及其污染物的排放规律

为了探究液体燃料的中低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution, MILD)燃烧的特性,采用数值模拟方法,分析了MILD燃烧过程中空气与燃料的入口条件对燃烧室烟气回流比、流场结构和污染物排放量的影响规律.研究结果表明：MILD燃烧室内流场结构对燃料与空气的混合起到决定作用;随着当量比的增加,燃烧室温度逐渐升高,CO的排放量逐渐增大,NO_x排放量也随之增大,当量比为0.9时,NO_x排放量达到峰值;随着空气入口速度的增加,燃烧室中心面温度分布均匀,没有明显的局部高温峰值点,NO_x排放量逐渐减小,CO排放量呈先减小、后增大的趋势,空气入口速度为110 m/s时的CO排放量最小;随着燃料入口速度的增大,燃烧室内峰值温度逐渐升高,NO_x排放量逐渐增加,CO排放量呈先减小、后增大的趋势.     

缸内后喷对CDPF温度特性及再生效率的影响

随着排放法规的日益严格,氧化催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+催化型柴油颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)已经成为降低柴油机排放CO、THC和颗粒物的主流技术,而CDPF再生是目前技术发展的主要阻碍之一,文章研究了再生过程中缸内后喷对DOC、CDPF的影响,得出缸内后喷可以使尾气达到DOC的起始工作温度,而次后喷可以使DOC出口温度达到CDPF的再生温度;试验过程中通过良好地控制CDPF入口再生温度,得到了再生效率的变化规律,在500℃、20min工况下再生效率达到98%,满足再生要求,并且总结了一种标定的试验方法,为后续研究的进行积累了一定的经验。     

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.