DOC催化剂配方对轻型柴油机气态物排放性能的影响

基于发动机台架测试,研究了DOC氧化型催化转化器(diesel oxidation catalytic converter,DOC)配方对安装有DOC+催化型颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)+选择性催化还原系统(selective catalytic reduction,SCR)后处理系统的轻型柴油机气态物排放性能的影响,结果表明:DOC配方的改变对发动机经济性无显著影响;随贵金属负载量的增加以及Pt/Pd比例的减少,CO和总碳氢化合物(THC)的T50降低,CO和THC的低温段转化率(300℃)升高,但随温度的继续升高,贵金属负载量或Pd的增加对CO和THC转化率的有利影响逐渐减弱,高温段平均转化率(≥300℃)差距较小;NO转化率随贵金属负载量的增加而增加;NO转化率对Pt含量更为敏感,Pt含量高的配方能促NO的氧化,与CO和THC转化率变化规律相反;当SCR入口温度低时,高的NO2浓度有利于提高SCR对NOx的转化效率,当SCR入口温度高时,SCR对NOx的转化效率均达到了90%以上且无明显差距;未发现DOC配方改变对外特性下CDPF压降的显著影响。     

柴油机催化型颗粒捕集器喷油助燃再生特征

针对在用车辆的排放升级改造,以及满足非道路移动源四阶段排放标准限制要求,该文基于自主开发的喷油助燃主动再生系统,开展了加装DPF(diesel particulate filter)和不同CDPF(catalyzed diesel particulate filter)后处理器的发动机外特性试验和喷油助燃主动再生燃烧试验。结果表明:催化剂负载量为530g/m~3的CDPF,对外特性下发动机的动力性和经济性影响较小,并为碳烟再生提供了充足的NO_2组分,因而其最大排气压差比DPF低8.8kPa。630℃时无二次供气的CDPF其再生效率高达96.4%,载体最高温度比DPF低31℃;采用二次供气速率1.25L/s、时长180s,继续供气速率0.625 L/s、时长420 s的再生方案,600℃时CDPF的再生效率为83.2%,载体最高温度比无二次供气时降低了64℃;进行停机再生与怠速再生时,催化剂负载量为530 g/m~3的CDPF具有更好的再生特性,其停机再生效率为76.4%,怠速再生效率达到88.5%。本研究对开发安全、高效的主动再生系统具有借鉴意义,并可为催化条件下的主动再生策略研究提供数据支撑。     

能量密度对低温等离子体辅助催化转化柴油机颗粒物和NOx的影响

为了研究低温等离子体辅助催化后处理技术对柴油机有害排放物的作用效果,基于介质阻挡放电理论设计了低温等离子体（NTP）发生器,研究了NTP发生器工作电压随能量密度的变化关系。以涂覆γ-Al2O3的蜂窝状陶瓷为载体,采用柠檬酸凝胶法制备了LaMnO3催化剂,建立了NTP辅助LaMnO3催化试验系统。在台架试验基础上,研究了能量密度变化对NTP辅助LaMnO3催化技术转化（颗粒物）PM和NOx的影响规律。试验结果表明：在相同频率作用下,NTP发生器的能量密度随着工作电压的升高而增加;与原机相比,NTP辅助LaMnO3催化技术作用后NO浓度显著降低,NO2浓度显著增加,NOx浓度降低;随着能量密度的增加,碳烟转化效果越明显,碳烟的不透光烟度最高降低约83%。结果表明NTP辅助LaMnO3催化技术可有效转化PM和NOx,在柴油机排气后处理领域有着广泛的研究前景。     

柴油机CDPF被动再生特性及再生机理分析

为了探究CDPF（catalyzed diesel particulate filter）的再生性能及再生机理,该文利用发动机试验台,分别对催化剂负载量为0、530和636 g/m3的3组CDPF开展耐久循环工况下的再生特性试验研究。试验结果表明,测试过程中被动再生消耗NO2,530 g/m3 CDPF（CDPF1）在大负荷工况下,后端NO2浓度低于前端,随着催化剂负载量增加,636 g/m3 CDPF（CDPF2）的后端NO2浓度高于前端。在耐久循环的首个3 000 r/min、100%负荷工况时,CDPF1与CDPF2的排气压降比DPF（diesel particulate filter）低约14 kPa。耐久循环测试中,CDPF1的再生效率为87.5%,CDPF2的再生效率达到93.1%。利用量子化学密度泛函理论DFT（density functional theory）,构建了组成Soot的大分子菲与NO2,在Pt（111）晶面氧化为CO和CO2的反应模型。通过DFT计算呈现NO2的N=O化学键断裂、解离产生的活性氧O与菲基的1号C在Pt晶面滑移并结合的反应历程。利用DFT计算得到的化学反应动力学参数,对CDPF1进行再生过程的一维仿真计算,排气压降的模拟值与试验值误差范围在3%以内。研究结果可为提高CDPF再生效率提供理论依据与工程指导。     

柴油机CDPF被动再生特性及机理分析

为了探究CDPF(catalyzeddieselparticulatefilter)的再生性能及再生机理,该文利用发动机试验台,分别对催化剂负载量为0、530和636 g/m~3的3组CDPF开展耐久循环工况下的再生特性试验研究。试验结果表明,测试过程中被动再生消耗NO2,530 g/m~3 CDPF(CDPF1)在大负荷工况下,后端NO_2浓度低于前端,随着催化剂负载量增加,636 g/m~3CDPF(CDPF2)的后端NO_2浓度高于前端。在耐久循环的首个3 000 r/min、100%负荷工况时,CDPF1与CDPF2的排气压降比DPF(diesel particulate filter)低约14 kPa。耐久循环测试中,CDPF1的再生效率为87.5%,CDPF2的再生效率达到93.1%。利用量子化学密度泛函理论DFT(density functional theory),构建了组成Soot的大分子菲与NO_2,在Pt(111)晶面氧化为CO和CO_2的反应模型。通过DFT计算呈现NO_2的N=O化学键断裂、解离产生的活性氧O与菲基的1号C在Pt晶面滑移并结合的反应历程。利用DFT计算得到的化学反应动力学参数,对CDPF1进行再生过程的一维仿真计算,排气压降的模拟值与试验值误差范围在3%以内。研究结果可为提高CDPF再生效率提供理论依据与工程指导。     

La2Cu(1-x)FexO4氧化去除柴油机碳烟微粒的试验分析

制备的La2Cu(1-x)FexO4(x=0、0.1、0.2、0.3)系列催化剂与碳烟微粒紧密接触后,置于固定床连续流动反应系统,进行氧化碳烟活性评价的模拟试验,研究发现La2Cu0.9Fe0.1O4具有较好将其氧化的反应活性,这与H2-TPR试验结论相一致,且由TG-DTA试验表明模拟试验测试的数据具有可靠性。在堇青石和SiC载体上涂敷催化剂后进行程序升温试验,表明在200℃～350℃温度区间内2种材料载体对氧化碳烟微粒的活性相近。通过发动机台架试验验证了La2Cu0.9Fe0.1O4能有效氧化柴油机排放的碳烟微粒,且对工作过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果具有一致性,表明通过数学模型能较好地描述催化氧化柴油机排放的碳烟微粒。     

可变喷嘴涡轮增压及废气再循环系统改善柴油机排放性能

针对一台废气旁通阀式（wastegate,WG）增压柴油机,提出可变喷嘴涡轮增压器（variable nozzle turbine,VNT）+文丘里管废气再循环系统（venturi exhaust gas recirculation,vEGR）的 VNT-vEGR 系统设计,并进行匹配优化。搭建了发动机台架试验系统,在保证原机经济性与颗粒物（particulate matter,PM）排放性能基本不变的前提下,对氮氧化物（NOx）排放进行重点优化。研究结果表明：优化后的 VNT+vEGR 柴油机的欧洲稳态测试循环（European steady state cycle,ESC）试验加权的有效燃油消耗率、NOx 排放和 PM 排放分别为229.4、3.53和0.055 g/(kW·h),相比于原 WG 柴油机的变化率分别为0.04%、?48.2%和14.6%,油耗和 PM 排放略有升高,而 NOx 排放大幅降低,且动力性整体提高约5%～10%。匹配新系统的柴油机能够满足现行的排放法规并具有满足未来排放法规的潜力。该研究为改善柴油机的排放性能提供了参考。     

Urea-SCR催化器压力损失及其对柴油机性能的影响

在柴油机排气系统上安装SCR催化器会有效降低NOx排放,但同时也会造成较大的排气背压,对发动机的动力性和经济性带来负面影响。该文利用计算流体力学软件FIRE和发动机热力循环软件BOOST相耦合的方法,对SCR催化器的压力损失进行了计算,对带Urea-SCR催化器的柴油机动力性和经济性能进行了仿真分析。结果表明,催化器载体的沿程阻力损失是催化器压力损失的主要来源;柴油机排气系统上安装SCR催化器后,其动力性、经济性均有所下降,下降幅度在5%左右。研究结果对SCR催化器的设计和安装有一定指导意义。     

进水C/N对表面流—水平流人工湿地氮和

通过模拟试验,研究在进水氮浓度不同条件下C/N对种植美人蕉的表面流—水平流人工湿地氮元素和COD去除能力的影响,并初步探讨其作用机理。结果表明：在营养生长期和开花期,低C/N有利于人工湿地系统中总氮和铵态氮的去除,C/N越高,硝态氮去除越彻底,而低C/N条件下,表面流—水平流人工湿地内的硝化作用限制了硝态氮的去除效果;对比2个生长期,各处理组总氮和硝态氮的去除能力相当,而开花期各处理组人工湿地铵态氮的去除能力高于营养生长期。C/N对人工湿地系统COD的去除效果的影响较少,2个生长期COD的去除效果相当,各处理组人工湿地系统COD的去除率约高于90%。随着停留时间的增加,人工湿地氮元素和COD的去除率均增加。对pH而言,湿地系统出水pH总体上先升高后趋于平稳,而氧化还原电位则先降低后升高最后趋于平稳,随C/N增加,出水pH降低,而氧化还原电位升高;营养生长期出水pH高于开花期,而氧化还原电位则呈相反表现。进水C/N和人工湿地系统共同影响着出水pH和氧化还原电位。     

联合收割机排放和油耗特性的试验研究

为掌握实际工作状态下联合收割机的排放及燃油消耗特性,该文基于车载排放测试设备选取10台典型的联合收割机,在其实际工作状态下进行了排放及燃油消耗特性的试验研究。研究结果表明：谷物、玉米联合收割机综合燃油消耗分别为6.80和10.29 L/h。基于燃油消耗率的CO、HC排放因子怠速工况下较高,而NOx排放因子在行走工况下较高,PM排放因子在作业工况下较高;谷物联合收割机比玉米联合收割机排放严重。2010年中国联合收割机NOx和PM排放量分别为4.84和0.47万t,分别占同时期机动车排放量的1.91%和1.94%,并给出了联合收割机排放量排在前10位的省份。该文为农业机械排放控制提供参考。     

Modelling future vehicle exhaust emissions in Europe

Vehicle exhaust emissions are significant sources of air pollution in many European countries. Emissions of oxides of nitrogen and volatile organic compounds contribute to transboundary air pollution, and the environmental problems of acidification, eutrophication and tropospheric ozone formation. This paper presents estimates of future exhaust emissions from road vehicles within countries of the United Nations Economic Commission for Europe region for two control scenarios. Alternative regulatory standards are examined including a Current Plans scenario and a Best Available Technology scenario. Calculations presented in this paper suggest that Current Plans could reduce emissions of oxides of nitrogen from road vehicles by about 70 per cent and that the application of Best Available Technology to gasoline and diesel vehicles could reduce emissions by 80 per cent. The paper ends with a discussion of the many interactions between transport and the environment and it is suggested that combinations of regulatory approaches will be needed if the environmental impact of road transportation is to be reduced in the future.     

脉冲发动机喷管内气流压力波动速度研究

便携式烟雾机是利用脉动发动机产生的高温、高速燃气将农药雾化形成直径微小的颗粒，达到高效、环保防治林木病虫害的目的。该文建立了一套气流波动速度测试装置，利用等直径喷管中气流脉动流动特性，测定喷管不同轴向位置处的压力信号，利用同一压力信号源流过喷管不同轴向位置处，相互之间具有相关性的原理，将喷管不同位置处获得的压力信号进行相关分析。自相关分析结果表明喷管内压力信号具有典型正（余）弦信号特征，只是其中包含少许随机信号。通过互相关分析可获得喷管中两测点之间的平均压力波动速度，即气流纵波的波动速度。测试计算结果表明     

农业机械污染排放控制技术的现状与展望

农业机械作为一种重要的非道路机械类型,其主要动力源为柴油机,而柴油机固有的燃烧方式会导致其颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等污染物排放严重,开展农业机械污染排放控制技术的研究对人体健康和环境保护均具有重要意义。该文从农业机械排放法规、降低农业机械污染排放的单项技术路线、满足更高排放限值要求的组合技术路线3个方面进行阐述。农业机械排放法规分析了欧盟、美国和中国法规对排放限值和测试循环的要求以及各国法规的差异。中国目前正在实施的农业机械国III排放标准,与欧盟的Stage IV和美国Tier IV标准相比,排放限值相对宽松;欧盟农业机械排放法规的NRSC测试循环主要包括8工况循环和5工况循环,而中国和美国规定,19 k W以下的非恒定转速的农业机械柴油机也可使用6工况循环进行测试;欧盟和中国规定污染物测量的最终结果为冷启动循环结果的10%和热启动循环结果的90%的加权,而美国将冷启动循环结果的比例调低至5%。单项技术路线对油品技术、机内净化技术和机外排气后处理技术进行了介绍。其中,油品技术包括提升燃油和润滑油品质、采用替代燃料等;机内净化技术包括农业机械柴油机本体优化设计、增压及增压中冷、燃油喷射优化和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等;机外排气后处理技术包括柴油机氧化催化转化技术(diesel oxidation catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集技术(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)等。组合技术路线总结了满足国III和国IV阶段以及国外最新排放标准的技术路线。"优化燃烧+SCR"技术路线的柴油机比采用"EGR+DPF/CDPF"技术路线的柴油机节省5%~7%的油耗,若扣除尿素消耗,前者仍有一定节油优势;模块构建和单体式后处理系统等先进的农业机械污染排放控制技术是满足Stage IV/Tier IV和Stage V的重要技术路线。最后,针对农业机械污染排放控制技术研究,进行了总结和展望。为满足未来国IV排放标准,加装机外排气后处理催化器已经成为一种重要手段;开发低成本、高净化效率的集成式机外排气后处理催化器,是未来农业机械污染排放控制的重要研究方向。     

重型柴油机颗粒物分布规律的试验研究

为了同时控制车用重型柴油机的颗粒物排放质量和数目,该文对稳态工况及瞬态工况下柴油机排放颗粒物分布规律进行了试验研究。试验结果表明:在稳态工况下,随着负荷的增加或者转速的提高,积聚态及核态颗粒物数目浓度、中位直径(count median diameter,CMD)、表面积和质量均呈现增大趋势,且峰值向大粒径方向偏移。在本研究中,稳态工况全工况总颗粒物数目浓度为1.5×10~6~4.5×10~6个/cm~3,积聚态颗粒物数目浓度为2×10~6~1×10~7个/cm~3,而核态颗粒物数目浓度为1×10~7~3×10~7个/cm~3,在总颗粒物数目浓度中占比为65%~96%。全工况当量比均小于0.7,在中低转速,当量比对颗粒物分布影响较为明显,在高转速尤其是大负荷条件下,当量比的影响减弱。在瞬态工况下,颗粒物数目浓度出现了与颗粒物质量类似的排放尖峰现象,浓度峰值达到2×108~7×108个/cm~3,比其对应的稳态工况出现的浓度峰值高出1个数量级。而且排放尖峰现象中,积聚态颗粒物数目浓度占主要部分,其峰值浓度比稳态工况要高出2个数量级,此时排放尖峰现象中核态颗粒物数目浓度也出现明显增长。排放尖峰现象对应的粒径主要集中在积聚态颗粒物的50~200 nm范围和核态颗粒物的6~8 nm及20~50 nm范围。这主要是因为当量比在瞬态过程出现了超过临界当量比0.8的情况。研究结果对重型柴油机颗粒物排放控制以及生成机理有重要指导意义,并可为排放后处理器的匹配计算提供数据支持。     

小型非道路柴油机排气管内颗粒的粒径分布与氧化特性

为了深入了解柴油机颗粒在排气管内的变化过程,分析柴油机颗粒粒径分布和氧化特性的变化趋势,采用废气排放颗粒物粒径谱仪(engine exhaust particle Sizer,EEPS),测量了柴油机沿排气气流运动方向,不同位置的颗粒粒径,研究了不同位置颗粒粒径的分布规律;应用热重/差热同步分析仪,分析了沿排气气流方向不同位置颗粒的表观活化能、着火温度、燃尽特性指数等特征参数的变化规律。结果表明:沿柴油机排气气流方向,核态颗粒数量减小,聚集态颗粒数量增加;聚集态颗粒的粒径增大。热重试验结果表明:沿柴油机排气气流方向,在SOF挥发阶段和soot氧化过程中,颗粒失质量速率增加,失质量峰值对应温度降低;颗粒中H2O质量由1.3%增加到2.46%,SOF质量由38.21%增加到42.05%,soot质量由57.84%减少到52.24%,灰分质量由3.01%增加到3.25%;颗粒的指前因子由7.93×1012减小到4.67×1012,反应活化能由157.3降低到127.9,着火温度由546℃降低到501℃,降低了约8.2%,燃烧特性指数由8.16×10-9增加到1.62×10-8,燃尽特性指数上升了14.5%。该研究是对颗粒衍化机理的完善,可为颗粒捕集器的优化设计提供参考。     

具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀设计与结构优化

该研究创制一种具备自动排气功能（Auto-Exhaust function, AE）的毛管末端自动冲洗阀,以提高冲洗时长和冲洗水量。选取延时流道齿长和齿宽、上腔体容积和冲洗阀进口压力共4个因素,采用L18（37）正交试验设计18种规格的AE冲洗阀,并设置4种无排气装置（Non-Exhaust function, NE）的冲洗阀为对照,探究排气装置提升冲洗阀水力性能的作用机理和AE冲洗阀性能参数对试验因素的响应规律。结果表明,当进口压力为0.06～0.14 MPa时,AE冲洗阀的冲洗时长、冲洗水量和冲洗流速分别为18.2～67.7 s、3 904～12 367 mL和0.88～1.40 m/s。冲洗时长和水量与流道齿长、齿宽和上腔体容积均为正相关关系,与进口压力为负相关关系,冲洗流速只与进口压力有关,为正相关关系。流道齿长、齿宽和上腔体容积对冲洗时长和水量影响显著,进口压力对冲洗时长和流速影响显著（P<0.05）。AE冲洗阀能自动排出上腔体中的空气,增加蓄水容积,使其冲洗时长和水量分别比NE冲洗阀提高83.5%与75.4%以上。综合考虑延时流道抗堵塞性能、冲洗时长和水量等因素,推荐AE冲洗阀流道齿长、齿宽、上腔体容积和进口压力分别为1.2 mm、2.2 mm、19.1 mL和0.06 MPa,其冲洗时长和水量分别是NE冲洗阀的2.8和2.7倍,是进口冲洗阀的7.4和7.0倍,为67.7 s、12 194 mL。研究结果可为具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀的研发提供依据。     

基于废气成分分析和支持向量机的发动机故障诊断

为了实现发动机故障的快速实时诊断,提出了一种基于废气成分分析和支持向量机的发动机故障诊断方法。该方法首先运用NHA500废气分析仪采集发动机典型故障状态下的HC、CO、CO2、O2、NOX等废气参数值,接着对采集到的数据进行规范化处理,提取特征向量作为学习样本,然后用于设计训练基于支持向量机的多元分类器,进行故障类型识别。试验结果表明,采用纠错编码的支持向量机分类方法比神经网络具有更好的抗干扰性和更强的分类能力,在小样本的情况下故障诊断正确率达98.5%,能有效描述废气成分变化和故障状态之间的复杂关系。     

Bromine in soil — An indicator of automobile exhaust lead pollution?

Soil Br concentrations, determined by neutron activation analysis, ranged from ‘natural’ levels of 11 to 18 ppm to values of up to five times as high in Glasgow roadside and park surface soil. Elevated Br concentration in soil is shown to be a useful qualitative indicator of automobile exhaust Pb pollution, although care must be exercised in sample selection to avoid erroneous interpretation of data. The excess Br originates from ethylene dibromide used to scavenge Pb from automobile engines in which tetraethyl Pb is used as an anti-knock agent. Bromine was found to be enhanced to a lesser extent than Pb in contaminated Glasgow soil. The postemission and post-deposition chemistry of exhaust-emitted PbBrCl and its decomposition products are invoked to explain the differing distribution patterns dPb and Br in soil and street dirt. One street-dirt Br concentration of 182 ppm was considered atypical in view of a mean street-dirt Br level of 15 ± 7 ppm, indistinguishable from ‘natural’ levels, for which removal of Br as soluble bromide by rain-waterrun-off is considered chiefly responsible.     

乙醇供给方式对高速柴油机排放性能的影响

为研究乙醇供给方式对高速柴油机排放的影响,在一台小型高速涡流室式柴油机上进行了乙醇燃料供给方式的试验研究,分别按进气道供给乙醇、柴油掺混乙醇方式进行了对比试验,并与供油量相同的纯柴油试验的排放进行了比较。研究结果表明:在柴油和乙醇供给量分别相同的情况下,进气道供乙醇方式比柴油掺混乙醇方式的碳烟排放低,最高降幅约16%,两者都远远低于纯柴油情况的碳烟排放;进气道供乙醇方式的CO排放也有所降低,降幅有10%,但NOx和HC排放较高。因此乙醇供给方式是影响高速柴油机性能的一个重要的因素,进气道供给乙醇方式,能降低碳烟和CO的排放。     

纳米CeO2催化剂对柴油机碳烟颗粒和NO降低效果

为采取后处理技术同时控制柴油机颗粒(PM)和一氧化氮(NO)排放,该研究采用沉淀法制备了3组纳米二氧化铈(CeO_2)催化剂,通过X射线衍射(XRD)法、BET法测比表面积与孔径、氢气程序升温还原法(H2-TPR)对其性能进行表征,并利用碳烟起燃温度和峰值温度以及NO向N_2的转化率分别对催化剂进行活性评价。试验结果表明:3组制备的CeO_2催化剂平均粒径依次为7、12和20 nm,明显小于商业级CeO_2;自制CeO_2相较于商业级CeO_2具有较大的比表面积,且比表面积越大催化活性越高;自制的CeO_2有3个较明显的H2还原峰,依次对应表面吸附氧、表面晶格氧以及体相晶格氧;CeO_2对碳烟颗粒催化氧化的效率由高到低依次为20、12和7 nm,这3组CeO_2催化剂较未添加催化剂时起燃温度依次降低了124,109,93℃,峰值温度依次降低了185,104,102℃;CeO_2对NO转化率最高可以达到70%,且温度窗口比较宽。研究结果对CeO_2在排放后处理领域的应用具有指导意义。