Ce基FBC催化柴油机碳烟氧化特性的试验

为了研究Ce基燃油添加剂(FBC)对柴油机碳烟催化氧化的效果,采用环烷酸铈溶液作为FBC,按照Ce元素质量分数分别为50,100,150,300 mg·kg~(-1)加至柴油中,依次标记为F50,F100,F150,F300.在发动机台架上进行了燃用FBC燃油的烟度、颗粒粒径分布和氧化特性以及微粒捕集器(DPF)催化再生的试验研究.结果表明:添加FBC可以改善柴油机燃油消耗率,降低排气温度和烟度排放;柴油机燃用FBC燃油时,其碳烟颗粒质量分布总体向着小粒径方向移动,排放颗粒物中积聚态颗粒物所占比重有所上升,而粗粒子模态所占比重下降;FBC对碳烟颗粒的催化效果非常显著,碳烟氧化特征温度随着FBC比例的增加而降低,柴油机燃用FBC燃油有利于降低DPF再生平衡温度.     

生物柴油调合燃料匹配催化型颗粒物捕集器的排放与再生性能研究

以一台非道路增压中冷共轨柴油机为试验对象,将K_0.2-Ce_0.5Mn_0.5O₂催化剂涂覆于柴油机颗粒物捕集器（DPF）的堇青石过滤体上,探究柴油机催化型颗粒物捕集器（CDPF）对生物柴油调合燃料燃烧污染物排放的影响规律,并开展了CDPF碳烟加载与再生特性的试验研究。试验结果表明,CDPF能够明显降低纯柴油和生物柴油调合燃料的碳烟和气态污染物排放,且对调合燃料的排放物降低效果更显著;CDPF负载催化剂对柴油机气体排放的改善效果受负荷影响较大,在标定工况下两种测试燃油NO_x排放较空白DPF时分别降低17.1%和24.3%,HCHO排放分别降低35.1%和43.6%,CH₃CHO排放分别降低28.4%和29.9%;DPF与CDPF两者对碳烟的捕集过程均包括深床捕集阶段、过渡阶段和滤饼层捕集三个阶段,碳烟加载过程中CDPF前后压差的升高速率明显低于DPF;与纯柴油相比,柴油机燃用生物柴油调合燃料时CDPF的前后压差升高速率有所降低,再生平衡温度向低温区间偏移,有利...     

瞬态工况下DPF温度特性的数值分析

在柴油机颗粒捕集器(DPF)使用的过程中,工况变换造成的排气热冲击会使其内部出现较大温度梯度,导致热应力破坏.为了避免DPF使用过程中的热应力破坏,以DPF为研究对象,利用对流传热原理建立了DPF温度传递模型,研究了入口流量、载体孔目数、载体长度和颗粒物沉积量对DPF温度特性的影响.结果表明:入口流量可以极大地影响DP...     

含氧量对颗粒捕集器热再生过程的影响

通过GT-power软件建立柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的热再生模型,计算不同含氧量时再生过程的气体流速分布和碳烟密度分布,并分析含氧量和再生温度对DPF热再生效果的协同作用.结果表明:与φ(O_2)=0.11时DPF再生过程相比,当φ(O_2)=0.21时DPF入口通道内气体的流动更均匀,其壁面渗流速度更小,碳烟密度更低;在一定范围内,适当提高再生温度和氧气浓度有助于提高DPF的再生速率,但φ(O_2)0.21后,含氧量的增加对再生效果的促进作用有所减弱.     

基于GT-Power的DPF喷油催化燃烧再生仿真技术

利用GT-Power软件建立DPF喷油催化燃烧再生系统仿真模型,从喷油率和补气策略两方面对DPF提温过程进行优化,优化后的DPF提温时间缩短了37.9%,DPF出口最高温度增加了3.4%.通过建立DPF微粒燃烧模型,分析了再生微粒燃烧过程中载体壁面温度及微粒(PM)层厚度分布情况.计算结果表明,载体温度由前端向后依次升高,最高温度出现在载体后端中心;微粒由载体前端向后逐渐燃烧,后端微粒燃烧速度快于前端.     

残余灰分对低温等离子体再生颗粒物捕集器的影响

为了研究残余灰分对低温等离子体(NTP)柴油机颗粒物捕集器(DPF)再生的影响,搭建了颗粒物(PM)捕集系统及NTP喷射再生DPF试验系统,并利用傅里叶红外光谱仪及X射线能谱仪分析了灰分中的官能团及元素组成。研究结果表明,残余灰分提高了DPF的导热热阻,使得再生过程中DPF内部温度升高。残余灰分减小了DPF的孔隙率,PM捕集率升高,完全再生时的碳去除量明显增多,增幅达34.0%。灰分样品中主要成分为金属氧化物及无机盐,金属元素质量分数达23.8%～27.4%,P和S元素质量分数分别在6.8%～8.9%和9.6%～14.4%。此外,灰分样品中还含有少量有机物,其中含氧官能团和芳香环的吸收峰较为明显。75%负荷下得到的灰分样品中的C、O含量比相对最低,表明该样品中金属氧化物及无机盐含量相对较高,而有机物含量较低。     

非对称孔道与对称孔道的DPF载体压降交点研究

为了减小排气背压对柴油机性能的影响,最大限度地减小柴油机颗粒捕集器(DPF)压降,对对称孔道和非对称孔道DPF载体压降进行模拟计算,研究碳烟和灰分的不均匀分布对DPF载体压降的影响,给出对称孔道和非对称孔道DPF载体的选取指标。研究结果表明:对称孔道DPF碳烟最优分布为前少后多,不对称孔道DPF碳烟的最优分布则与之相反,两者的灰分最优分布皆为分布于孔道末端。孔密度低于46.5个/cm2,壁厚较小或长径比小的非对称孔道性能较好,排气流量大,排气温度低于100℃或高于400℃更适合采用对称孔道DPF载体。     

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。     

炭化微米木纤维滤芯柴油机排放纳米颗粒吸附特性

为了有效净化柴油机排放的纳米级碳烟颗粒(纳米颗粒),以炭化微米木纤维材料制备柴油机尾气微粒捕集器滤芯.分析炭化微米木纤维滤芯及柴油机排放颗粒物特性,并利用巨正则系综蒙特卡罗法(GCEMC)模拟纳米颗粒在炭化微米木纤维活性炭孔中的吸附特征,进而利用柴油机尾气微粒捕集器性能检测试验台对活性炭孔吸附纳米颗粒的蒙特卡罗模拟结果进行验证.结果表明:当柴油机微粒捕集器中尾气温度为470 K,捕集器前部压力由102.5 kPa过渡到125.0 kPa时,炭化微米木纤维滤芯吸附纳米粒子平均数密度的GCEMC模拟结果约为6.28×107cm-3,试验结果约为5.60×107cm-3,模拟结果和试验结果基本一致,该方法可以用来进行炭化微米木纤维滤芯吸附纳米颗粒过程的模拟研究.     

喷油式主动再生柴油机颗粒捕集器控制装置的设计

文章基于Freescale 16位单片机S12XS64设计了一种柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生过程控制装置,实现了DPF再生系统相关传感器的信号采集、执行器驱动、车载诊断系统(on-board diagnostics,OBD)和上位机软件通讯等功能。该系统设计了DPF再生控制策略,将控制装置设为断电、待机、工作、再生4种工作状态,通过测量得到的排气背压、DPF压降以及发动机转速来判断DPF主动再生时机,可以在DPF需要再生时通过控制供油泵、空气泵、火花塞和阀门等单元来实现DPF的再生过程;系统使用了多MOSFET并联来保证驱动器的可靠性,优化了系统工作电流,预防了信号干扰。该控制系统结构简单、稳定可靠,在城市公交改造项目的应用中工作稳定、操作便捷、尾气的净化处理效果显著,良好地实现了对喷油式DPF主动再生过程的控制,有很强的实用价值和广阔的应用前景。     

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...     

实现柴油机欧Ⅳ排放标准的试验

以某一四缸、增压直喷柴油机为样机,利用专业试验台架,首先对样机的喷油提前角和EGR率进行了不同工况下的标定,从而使柴油机排放物中NOx的排放量达到了欧Ⅳ排放标准;随后联合利用柴油氧化催化器(DOC)及微粒氧化催化转化器(POC)技术对柴油机尾气排放进行了试验研究,从而使柴油机废气排放物指标完全达到了欧Ⅳ排放标准.通过本试验研究,总结出了实现柴油机欧Ⅳ排放标准一种方法,并总结了此种方法的特点及规律.     

氧气流量控制策略对低温等离子体技术再生柴油机微粒捕集器的影响

以O_2为气源,利用自行设计的低温等离子体喷射系统对柴油机微粒捕集器(DPF)进行再生试验研究;在O_2总量相同、O_2流量为3~7L/min时,设计了3种O_2流量控制策略,即恒流量法、递增流量法和递减流量法;通过监测再生产物中CO、CO_2体积流量变化,分析了O_2流量控制策略对微粒(PM)的氧化分解和DPF再生效果的影响。研究结果表明,O_2流量增大,O3流量增大,进入DPF的O_3增多,PM的氧化得到促进。反应初始时3种流量控制方案下CO、CO_2流量均急剧上升;随着反应的进行,恒流量法的CO、CO_2流量趋于平稳;递增、递减流量法的CO、CO_2体积流量在跨越试验阶段分别呈直线上升、下降趋势,在同一个试验阶段保持稳定。CO、CO_2、CO+CO_2中C的质量变化趋势相同,质量大小由高到低为递减流量法—递增流量法—恒流量法。变O_2流量法的DPF再生效果优于恒O_2流量法,采用递减流量法时PM被分解的质量最多且其控制的O_2流量随再生阶段由大到小变化时可达到较优的DPF再生效果。     

进气条件对EGR柴油机工作性能的影响

废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术已经被广泛地利用在降低NO_x排放方面。基于AVL-FIRE软件建立并校准TBD620柴油机仿真模型并对其缸内燃烧过程进行仿真分析,并研究EGR技术对柴油机的NO_x与碳烟排放性能指标的影响情况。可以看出,单独使用EGR技术在降低NO_x排放方面效果很好,与其他负荷相比,100%负荷时的降低幅度最为明显,最高可达到93.3%,但同时碳烟排放量亦有45%的增幅。在应用EGR技术的基础上,在原机EGR率为0.4、100%负荷工况下改变进气条件(进气温度与进气压力),分别研究二者对EGR柴油机的缸内燃烧过程(滞燃期、燃烧放热率)以及NO_x与碳烟排放的影响情况。结果表明,适当降低进气温度同时提高增压压力可以使NO_x与碳烟排放量同时降低,并且可以避免油耗以及功率的负面影响。     

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。     

喷水降低柴油机排气温度的试验研究

在发动机后处理过程中,为了防止柴油机颗粒捕集器再生后的高温排气损坏选择性催化还原载体的活性,需对再生后的高温排气进行降温处理。本文利用水的蒸发吸热能力,在一台满足国Ⅳ排放标准的云内柴油机上进行高温排气喷水降温试验,研究了排气流量及喷射策略对降温效果的影响。试验结果表明:排气流量为250 kg/h下的降温幅度与降温速率均较大,因而可选用在大排气流量时进行再生,通过喷水降低再生后的排气温度。喷射时间间隔为100 ms与200 ms下的温度变化规律基本一样,但近管道壁面位置处冷却水雾化较差。可采用在喷嘴下游安装混合器的方法,改善冷却水的雾化状态,达到较好的降温效果。     

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,...     

碳烟颗粒在尾气排放与机油吸附中分布关系的试验研究

鉴于机油吸附与尾气排放中碳烟颗粒的动态分布关系尚未得到充分的分析研究,同时为了深入认识机油退化机理,实现在线状态监测;对碳烟颗粒缸内分布和机油吸附特性进行了仿真和试验研究。仿真结果表明,扭矩对碳烟生成量影响显著。结合仿真结果在单缸柴油机台架上对碳烟在机油吸附和尾气排放中的分布情况进行了试验研究。试验结果表明,低扭矩工况下机油吸附碳烟颗粒的速率较为明显;在高扭矩工况下,碳烟主要从尾气中排放,机油吸附碳烟颗粒的速率较低。经计算得出两者间的分布关系,为发动机的使用提供实际指导。     

柴油机红外再生微粒捕集系统试验研究

开发了采用壁流式蜂窝陶瓷作为过滤材料,利用红外辐射及柴油机废气进行再生的新的柴油机排放微粒后处理系统.该系统具有结构简单、可靠性高、实用性好的特点.在6110A柴油机台架上对系统的样机进行了碳烟过滤特性及再生特性的试验研究.试验结果表明:系统的碳烟过滤效率高达95%,排气背压低,再生效率超过89%,工况适应性好.后处理系统通过废气流量及再生点背压对红外再生过程进行控制的方法是有效的.     

柴油机同时降低碳烟与NOx的一种方法

通过试验研究了柴油与二甲氧基甲烷（DMM）的混合燃料及纯柴油在不同负荷条件下的碳烟和NOx的排放,同时研究了EGR对柴油机碳烟及NOx排放的影响．试验结果表明,柴油机碳烟排放随混合燃料中DMM含量的增加而降低,但NOx的排放有所增加;随着EGR率的增大．NOx的排放得到了很好的控制,但碳烟的排放有所恶化．运用DMM混合燃料同时控制EGR率在10％～15％左右时,可达到同时降低碳烟与NOx的目的．