柴油机排气后处理技术最新进展与发展趋势

柴油机在节能和降低CO2方面具有突出的优势,但如何在不牺牲经济性的前提下有效地降低颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)排放,以满足未来愈来愈严的排放法规,是柴油机未来发展面临的主要挑战。本文在分析柴油机后处理技术路线的基础上,回顾了柴油机PM和NOx排放后处理控制技术的最新进展,综述了不同技术存在的问题和进一步的发展方向,总结了PM和NOx控制的整合技术。     

缸内直接喷射汽油机的新技术

本文从燃油喷射系统、燃烧系统、混合气形成的基础理论研究、燃烧和排放等几方面介绍了汽油缸内直接喷射技术取得的新进展以及目前尚未解决的技术难题，指出排放问题将是决定缸内直喷汽油机发展的关键因素。     

喷油策略对伞喷柴油机工作过程影响的数值模拟研究

对一种新型柴油机喷嘴进行了可视化试验与模拟计算.应用三维CFD（Computational Fluid Dynamic）软件模拟了两种喷雾形式下不同喷油参数对柴油机混合气形成、燃烧及排放的影响,得到了最佳的喷油策略.结果表明,相对于复合喷雾,伞形喷雾在混合气形成方面存在一定的优势,对燃烧和排放有较大改善;混和气形成较好,燃烧效率高,指示油耗较低,碳烟二次氧化迅速.并且伞形喷雾中,采用小的索特平均直径,高的喷射速度,能够使发动机性能得到较大地改善.     

柴油机尿素SCR系统动态氨泄漏的试验研究

通过台架试验定量研究了瞬态工况尿素选择催化还原系统中氨泄漏与氨存储量的关系。研究了初始温度分别为200、240、270和320℃时,催化器氨存储饱和后快速升温到400℃过程中的氨泄漏情况;在相同变工况条件下,分析了氨存储饱和度对氨泄漏的影响;基于台架测试结果,对变工况过程中的尿素喷射控制策略进行了修正。研究结果表明:不同的升温过程氨泄漏程度不同,初始温度越低,在快速升温过程中越容易产生氨泄漏;氨存储饱和度对氨泄漏的影响很大,试验中氨存储饱和度小于58%时,瞬态工况不会出现氨泄漏。ESC测试结果表明:修改后的控制策略使催化器出口NH3的体积浓度降低到10×10-6以下,同时NOx转化效率没有明显下降。     

柴油机尿素SCR混合器的设计与数值模拟研究

设计了两款紧凑型混合器——混合器A和混合器B,并采用计算流体力学（CFD）软件对尿素水溶液的喷射、蒸发、热解过程进行了数值模拟,对比研究了带和不带混合器的直管中排气流量对NH3分布的影响,以及不同混合器对NH3分布的影响,并对其中改为混合器B进行了NOx转化效率试验研究。模拟结果表明：随着排气流量的增加,NH3分布均匀性略有下降,排气流量对NH3分布均匀性的影响不显著。两款混合器对NH3分布均匀性均有明显的提高,尤其是混合器B在靠近混合器区域NH3分布均匀性指数提高了200%左右,而且明显改善了管壁NH3分布过于集中的现象,能够减少管壁尿素结晶的形成。试验结果表明,该混合器能够提高NOx转化效率5%~10%。     

穿孔管对集成式SCR催化转化消声器性能影响的试验研究

穿孔管结构广泛应用于消声器的设计中,SCR催化剂载体前端穿孔管对集成式SCR催化转化消声器的压力损失和SCR的NOx转化效率有较大影响.本研究设计了两种形式的SCR催化剂载体前穿孔管,通过试验研究了其对集成式SCR催化转化消声器性能的影响.采用水银U型管和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)分别测量了压力损失和NOx等浓度.试验结果表明:穿孔率较大的穿孔管和孔部分朝向SCR载体的穿孔管造成的压力损失比较小;穿孔管的不同结构和不同位置布置对SCR的NOx转化效率有明显影响;在某些工况下,差异在10％以上.     

灰分对柴油机颗粒捕集器性能影响研究综述

分别从柴油机颗粒捕集器(DPF)灰分的成分、来源及性质,灰分对DPF压降、过滤效率和再生过程的影响,及DPF清灰方法等方面进行了综述。已有研究结果表明:润滑油添加剂是DPF灰分的主要来源;润滑油配方、灰分沉积形态及DPF载体结构不同时,灰分对DPF压降的影响效果会有所不同;灰分在DPF中的沉积一般会提高DPF的过滤效率,但会恶化催化型DPF(CDPF)的被动再生效果,影响DPF主动再生频率和DPF主动再生时的温度;重型柴油车DPF需要定期清灰,压缩空气反吹法是目前使用最广泛的DPF清灰方法。     

基于并行计算的二次喷射式HCCI汽油机的三维数值模拟

建立了缸内直喷HCCI汽油机带进、排气道的燃烧系统的三维工作过程循环数值模型,实现了HCCI发动机包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气工作过程的三维循环模拟并进行了验证.首先基于并行计算进行了不同当量比(负荷)工况下HCCI发动机缸内过程的对比分析,研究了负荷对HCCI发动机着火、燃烧和排放的影响.进而模拟了缸内直喷二次喷射的HCCI发动机循环工作过程,解析了HCCI发动机着火燃烧和排放过程,揭示了HCCI发动机缸内直喷二次喷射控制着火的规律.计算结果有助于对HCCI燃烧过程的深入理解,为HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据.     

车用催化转化器流场的数值模拟

本文用当量连续法建立了蜂窝载体的流体力学模型 ,并用CFD软件对整个催化器的流场进行了稳态流动数值模拟。模拟结果显示 :气流在圆锥管壁面附近出现了分离并产生较强的扰动 ,造成气流局部压力损失和载体前气流速度分布不均匀 ;此外 ,扩张角越大 ,催化器流速分布不均匀性和压力损失越大 ,但当扩张角增大到一定程度后 ,扩张角对流速分布和压力损失的影响变小。     

车用催化转化器非稳态温度场的试验研究

用热电偶测量了发动机真实排气条件下催化转化器蜂窝陶瓷白载体和催化剂载体内的非稳态温度场，并考察了扩张管结构对载体温度场及升温特性的影响。研究结果表明：白载体与催化剂载体的升温特性有很大的区别；催化转化器扩张管结构对催化剂的升温特性有较明显的影响。