车用柴油机满足国Ⅳ排放技术方案的试验研究

对一款满足国Ⅲ排放的高压共轨柴油机加装废气再循环(EGR)以及氧化催化转化器(DOC)和颗粒氧化催化转化器(POC)进行排放升级,通过台架试验研究升级后的柴油机的排放特性。试验结果表明,改造后柴油机的排放水平达到国Ⅳ排放要求。     

怠速工况下氧化型催化转换器辅助DPF再生方法

在柴油机颗粒物捕集器(DPF)前端安装氧化型催化转换器(DOC),通过在氧化型催化转换器前端喷入柴油来提高柴油机尾气温度,并通过降低柴油机尾气流量进一步提高尾气温度,可以实现柴油机颗粒物捕集器再生.整个再生系统由喷油器、氧化型催化转换器和柴油机颗粒物捕集器组成.在发动机台架上对该再生方法进行系统试验研究,包括再生时氧化型催化转换器的升温特性、喷油流量与温度升高幅度的关系、DPF再生过程和再生方法的燃油经济性及二次污染.结果表明怠速工况下DOC辅助DPF再生能顺利实现,再生过程消耗柴油120.5 g,再生过程中排放的CO和HC分别为12.4g和1.1g.     

柴油机DPF驻车再生过程中缸内后喷策略试验研究

在一台非道路国四用高压共轨柴油机上,利用试验台架研究了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中缸内后喷策略对氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口、DOC出口的温度及排放的影响。结果表明,合适的近后喷角度、油量对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著;同时,合适的远后喷角度、油量对提升DOC出口温度,DOC出口未燃HC效果显著。研究结果对柴油机DPF驻车再生缸内后喷策略的制定和优化提供了重要的指导作用。     

排放达国Ⅴ重型柴油机开发技术研究

为了满足重型汽车国Ⅴ排放法规要求,基于达到国Ⅳ排放标准的一款小型柴油机平台,进行开发国Ⅴ柴油机的技术开发研究,匹配大于3.5吨的国Ⅴ卡车或物流商用汽车。柴油机采用增压中冷、四气门、双顶置凸轮轴、VGT增压器、高压共轨燃油喷射、电控水冷EGR等结构设计,采用氧化催化器EGR+DOC+DPF(颗粒捕集器)或DOC+SCR(选择催化还原技术)的排放技术路线。     

重型柴油机进气预混甲醇实现国Ⅳ排放标准研究

在一台6缸重型柴油机上,进行了进气预混甲醇/柴油双燃料(PMDDF)燃烧、结合氧化催化转换器(DOC)和微粒氧化催化转换器(POC)实现国Ⅳ排放标准的研究。同时还对进气预混甲醇对发动机燃烧过程以及燃油经济性的影响进行了研究。结果表明:在发动机动力性保持不变的情况下,按照排放法规的检测方法,采用PMDDF模式,仅使用DOC+POC可以使原机的排放从国Ⅲ提升到国Ⅳ水平,且综合当量燃油消耗率相比原机基本不变。研究中还发现,随着甲醇替代率的增加,PMDDF模式的着火滞燃期延长,燃烧持续期缩短。在大负荷时,PMDDF模式的当量比油耗低于原机,而小负荷时略高于原机。     

柴油机后处理DOC+DPF性能试验研究

在一台非道路国四用高压共轨柴油机上,利用试验台架研究了柴油机后处理柴油氧化催化器(diesel oxidtation catalyst,DOC)、柴油颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)在不同温度条件下内部的化学特性。结果表明,在一定温度条件下,DOC对未燃HC、CO具有较高的转化效率,对NO的催化氧化效率随温度升高先升后降;同时,催化剂和NO2有助于降低炭烟燃烧所需的化学活化能,提高炭烟燃烧速率。研究结果对深入理解柴油机后处理DOC+DPF的工作过程具有重要的指导作用。     

利用机内和后处理措施改善柴油机的排放特性

采用低排放缩口型燃烧室且推迟供油提前角的方法降低轻型车用柴油机的NOx排放,同时采用氧化型催化后处理装置进一步降低CO、HC排放。试验结果表明,采用催化剂含量不同的氧化催化装置后,对柴油机排放净化效果不同。结合机内控制NOx排放的技术措施,采用氧化型后处理方式可明显改善车用柴油机的排放特性。氧化型催化转换装置的转换率与催化剂的含量有关,对一定结构催化转换装置存在最佳的催化剂含量,而且其转换率随空燃比的变化而变化。     

二甲醚发动机SCR系统仿真分析与结构优化

为了更好地对二甲醚发动机SCR催化还原性能进行优化,降低排放尾气中NOX的含量,利用仿真软件Fluent研究SCR催化转化器扩张管扩张角度、催化剂载体长度、催化剂载体间隙、收缩管收缩角度等结构参数对催化转化器内部气体流动均匀性的影响,从而为SCR催化转化器的结构优化提供依据。通过Nelder-Mead算法结合Latin hypercube sampling法选取SCR催化转化器的最优结构参数组合。结果表明：SCR催化转化器最优组合参数结构下催化剂载体前端面气体流动均匀指数为89.94%,比优化前提高5.73%,优化后能够有效提高NOX转化效率。     

高压缩比甲醇发动机的性能和排放研究

用一辆农用拖拉机的柴油机进行台架试验。在一台1115单缸柴油机上,经过加装电热塞、增大压缩比和喷油泵直径的改装后燃用M100甲醇燃料,并对改装后的甲醇发动机与原柴油机进行对比试验。试验结果表明:甲醇发动机的动力性比原柴油机高,经济性得到改善;尾气排放中甲醇发动机NOx平均降低45%,尽管HC和CO的排放整体比柴油机高,但在大负荷时可以平均降低70%;并且在尾气进行三元催化处理后,可以使HC和CO排放降低到与柴油机一样。通过试验对比,对甲醇替代柴油的可能提供了理论依据,对柴油机节能减排具有重大意义。     

DPF再生对柴油机性能的影响

非道路国四柴油机主要有两种控制技术路线:DOC+DPF+SCR与EGR+DOC+DPF,由于国四排放标准中PN限值,DPF技术运用成为首选。从柴油机排气温度对DPF再生的影响、柴油机排气流量对DPF再生的影响、柴油机尾气中NO_(2)含量对DPF再生的影响、柴油机尾气中O_(2)含量对DPF再生的影响和不同微粒对DPF再生特性的影响方面进行分析,阐述DPF再生对国四柴油机性能使用的重要影响,为非道路国四柴油机DPF结构优化和国四拖拉机使用提供参考。     

小型单缸柴油机整机排放特性的试验与分析

以不同结构特点和用途的小型单缸柴油机为样机开展整机排放试验研究,得出同一台柴油机用不同的试验循环得出的柴油机整机排放值差异较大。同一台柴油机用含有25%负荷的五工况、六工况试验循环得出的整机CO、HC排放结果比无25%负荷的八工况试验循环得出的整机CO、HC排放结果分别高出约49%和40%;用八工况试验循环得出的移动用途柴油机NOX排放值较高,降低全负荷工况NOX排放值是排放达标的关键;对固定用柴油机需关注控制CO的排放量。小型柴油机应根据实际用途不同,按其排放特性优化燃烧参数,并对技术方案进行调整。     

通用小型汽油机N_2O形成机理及影响因素

目前EPAⅢ阶段排放法规对通用小型汽油机的非常规温室气体N2O提出测量要求。为了对这种非常规排放物在通用小型汽油机上的排放机理进行详细的研究,试验以168F汽油机为基础,按照EPAⅢ阶段排放法规测试要求,分别对发动机使用工况以及氧化催化转换装置对N2O排放影响进行试验研究。试验结果表明:在节气门全开时N2O的排放值随着混合气浓度增大而增大,在通用小型汽油机采用功率混合气浓度时,N2O排放约为31×10-6。与原机相比,加装氧化催化转换装置后,CO降低了88.8%,NO降低了51.2%,N2O降低了76.3%。根据EPAⅢ阶段排放法规,综合比较CO和THC+NOX比排放后,在混合气浓度为0.86,CO比排放为145.4g·(kW·h)-1,THC+NOX的比排放11.6g·(kW·h)-1,此时N2O的比排放为0.21g·(kW·h)-1。     

催化净化技术降低125mL摩托车排放的应用研究

介绍了在125mL摩托车上安装氧化催化转化器的试验研究，说明该技术可有效降低CO和HC的排放量，满足欧Ⅱ排放限值要求，且具有对原机改动小、成本低和技术成熟的特点。     

活性炭对柴油机尾气吸附机理及其行为研究

柴油车排放尾气严重污染环境并危害人类健康，其净化技术一直是人们研究的热点问题。基于各种活性炭的尘埃吸附性及气体通透性．研究了不同量活性炭在非催化条件下对尾气的吸附机理及行为。试验结果表明：各种活性炭对柴油机尾气排放物吸附作用较为明显：煤质活性炭对于尾气排放物吸附作用要强于椰壳活性炭碳，且对尾气排放降低程度最大、经济性最好用量在400g左右。     

采用EGR+DOC+DPF+SCR实现WP10H375欧Ⅵ排放标准的试验研究

课题采用EGR+DOC+DPF+SCR和试验设计(DOE)开发了WP10H375欧Ⅵ发动机。试验结果表明:通过综合考量性能、排放、经济性等参数,利用植入DOE理论,构建理论模型,同时与常规性能标定和选型比对,不仅能够实现优化互补,减少研发中间环节,达到缩短研发周期的目的,还达到了提高试验台架利用率,节省试验资源、获得更佳更可靠试验数据的目标。在高压共轨基础上,通过废气再循环技术(EGR阀应用)与尾气后处理箱子(DOC+DPF+SCR)对NH3催化还原NOx和颗粒物PM进行无害化有效转化,以达到欧Ⅵ排放标准。     

柴油机Urea-SCR尾气处理方法研究

SCR(选择性催化还原)是目前研究最为广泛的柴油机NOx排放后处理技术。通过NOx预测值估算出该柴油机尿素还原剂的需求量,进而将一定量的尿素水溶液喷入排气管中,并在柴油发动机台架上进行了ESC柴油机稳态循环测试及部分速度特性,验证了SCR系统的可行性、减排效果,及其对柴油机性能的影响。     

通用二冲程小型汽油机排放控制试验

针对国产通用二冲程小汽油机排放特点及使用要求,以1E45型样机为例进行排放控制试验研究。结果表明,以优化空燃比为主的机内净化降低了46%CO和49%HC;还原型铑Rh催化转化器则承担45%HC氧化转化。最终不但达到美国EPA第2阶段排放要求,而且Rh催化转化器内温升不很高,有利于延长其使用寿命和满足小通用发动机使用要求。     

柴油机后处理装置高海拔试验研究

搭建了重型柴油机加装DPF,CDPF,DOC+CDPF的高原试验台架,研究分析了发动机性能、后处理装置的温度和压差。结果表明,加装3种后处理装置,发动机动力性和经济性均有不同程度下降,其中DOC+CDPF下降幅度最大;3种后处理装置排放性均有不同程度改善,其中碳烟捕集效果均比较高,加装CDPF和DOC+CDPF的后端CO排放均趋近于零;DOC+CDPF方案中,CDPF前端的温度明显升高,促进碳烟在CDPF中再生;随转速的升高,单独加装CDPF前后端压差不断增大,在高转速时逐渐平稳,DOC+CDPF方案中,CDPF前后端压差先增大后趋于平稳再逐渐减小,综合性能DOC+CDPF方案最好。     

柴油机SCR开环控制系统尿素计量脉谱标定方法

在设计某型号国Ⅳ柴油机选择性催化还原系统SCR时,为了快速标定SCR控制器,采用空间填充试验设计得到130个优化工况点,使试验规模减小了2/3。基于排放特性试验数据库和催化器特性试验数据库,利用神经网络开发了目标柴油机排放模型和催化器模型。基于催化器模型,通过多目标优化计算得到尿素计量脉谱,ESC循环试验证明所标定的脉谱精度满足控制要求。     

小功率非道路用柴油机满足国三排放标准的技术研究

本文对小功率非道路柴油机实施第三阶段排放标准中的问题进行了分析,通过与美国环保署(EPA)非道路柴油机现行第四阶段排放法规及执行情况比较,说明小功率段柴油机国三排放标准是全球最严法规之一,分析给出8 k W以下柴油机实现第三阶段排放标准的技术路线,以KJ186FA柴油机为例,通过采用改进燃烧过程和降低机油消耗的机内净化+DOC技术来降低柴油机排放,初次试验柴油机整机CO、HC+NOX、PM排放分别为0.97 g/k W·h、5.71 g/kW·h、0.46 g/kW·h,在有效寿命期内产品完全能满足中国第三阶段排放标准的要求。