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。     

二次喷射对增压直喷汽油机颗粒物排放的影响

基于某款增压直喷汽油机分别采用燃油单次喷射策略和二次喷射策略,利用DMS500颗粒分析仪对颗粒物数量浓度和粒径分布进行测试,研究不同工况下采用单次喷射和二次喷射策略后的发动机经济性和颗粒物排放的变化,选取二次喷射策略的适用工况.研究表明:当二次喷射策略运用于增压直喷发动机,二次喷射比例和二次喷射相位的合理优化能有效降低燃油消耗率和颗粒物排放;比较单次喷射和二次喷射策略,两种喷射策略颗粒物粒径分布均呈核态与积聚态的双峰分布,而在转速小于3 000 r/min、转矩大于105 N·m的工况条件下,运用二次喷射策略后燃油消耗率和颗粒物数量浓度相对于单次喷射均有明显降低,其中核态颗粒物占比增大,颗粒物平均几何粒径减小;其他工况下采用单次喷射策略的发动机经济性和排放性能更佳.     

某三缸汽油机起动时间和峰值转速多目标优化设计

为提高某3缸汽油机起动工况的快速起动性及满足峰值转速要求,基于最优拉丁超立方设计方法和椭球基神经网络(ellipsoid-based neural network model,EBFNN)模型建立起动油压阈值、起动喷油加浓因子、起动点火提前角偏移及起动平均指示压力偏移等起动控制参数与起动时间、起动峰值转速的关系,并用20组样本数据验证EBFNN模型的准确性;结合带精英策略的非支配排序的遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对起动时间和起动峰值转速进行优化。优化结果表明:起动时间缩短20.29%;起动峰值转速提高1.93%,大于目标怠速300～500r/min。优化后全碳氢、CO、颗粒数排放增加量少于10%,NOx排放降低3.2%,油耗降低16.60%,能很好地满足开发要求。     

乙醇选择催化还原降低柴油机NOx排放的应用研究

以Ag/Al2O3作为催化剂、乙醇为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术被认为是最有潜力降低稀燃NOx的技术之一。开发了基于开环控制的还原剂空气辅助喷射系统;在发动机台架上对乙醇选择性催化还原Ag/Al2O3催化剂的特性进行了性能评价试验;对与Ag/Al2O3组合使用的Cu/TiO2和Pt/TiO2氧化催化剂进行了匹配优选;对集成NOx排气后处理的整机进行了ESC工况测试试验;最后将集成的排气后处理系统装在一辆客车上,并进行了道路实车试验。台架试验结果表明:新鲜Ag/Al2O3催化剂具有很高的NOx转化效率,老化一段时间后NOx转化效率有所降低;与Ag/Al2O3 Cu/TiO2组合催化剂相比,Ag/Al2O3 Cu/TiO2 Pt/TiO2组合催化剂具有更好的NOx转化效率,并能抑制THC和CO排放升高;使用NOx集成排气后处理系统后,发动机在欧ⅢESC工况下,NOx从原机的13.06 g/(kW.h)降为4.63 g/(kW.h),整机的NOx、THC、CO排放都低于欧Ⅲ限值。道路实车试验表明,Ag/Al2O3催化剂需要进一步降低催化剂的起燃温度,以适应柴油车实际运行中低温变工况的需要。     

乙醇选择性催化还原NOx后处理系统在重型柴油机上的应用研究

选择催化还原是解决稀燃条件下NOx排放问题的主要技术之一。在发动机台架上对以乙醇作为还原剂的Ag/Al2O3催化剂特性进行了试验研究,对Ag/Al2O3 Cu/TiO2和Ag/Al2O3 Cu/TiO2 Pt/TiO2两种还原、氧化催化剂组合进行了对比分析。分析表明,Ag/Al2O3 Cu/TiO2 Pt/TiO2催化剂组合具有较好的去除NOx并抑制THC和CO排放升高的综合性能。整个后处理系统安装在一台排量为5.12 L的柴油机上,采用开环控制策略对乙醇喷射进行控制,在ESC测试工况下,NOx转化效率为64%,THC和CO排放基本保持原机水平。最后通过对乙醇喷射控制策略的进一步改进,使THC和CO排放得到了改善。