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。     

重型柴油车的排放及控制措施

鉴于柴油车的氮氧化物(NOx)和微粒(PM)较高,而两者之间又存在此消彼长的矛盾,通过分析NOx和PM的生成基理,从燃油,柴油机改进以及尾气后处理系统三方面论述了NOx和PM排放的影响因素及控制措施,并针对重型压燃式发动机国Ⅳ和国Ⅴ阶段排放标准,比较了目前国际较为通用的优化燃烧+选择性催化还原控制策略,以及废气再循环+颗粒过滤器控制策略这2种技术路线的优缺点。     

柴油机排气后处理技术的现状与发展

阐述了当今柴油机降低NOx和PM排放的各种后处理技术.介绍了同时降低NOx和PM的DPNR技术、SCRTR技术及低温等离子体技术,分析了这些技术的主要原理.简要介绍了德国EMITEC公司的PM-METALITTM颗粒捕集器及德尔福的DEC/LNX技术.指出了同时降低NOx和PM的后处理技术将成为未来研究的热点.     

EGR+DPF系统降低柴油机的排放

柴油机具有良好的动力性和经济性,汽车柴油机已成为发展趋势,但柴油机NOx和颗粒(PM)的高排放成为制约柴油车发展的因素之一。随着机动车排放法规的日益严格,降低NOx和颗粒的排放成为现阶段柴油机汽车的主要研究课题。废气再循环(EGR)技术是现今降低柴油机NOx排放的有效方法之一,应用颗粒捕集器(DPF)可以有效的降低尾气中颗粒的排放。本文介绍了EGR技术和DPF技术的原理、特点,对不同工况下EGR对NOx排放进行了分析,同时对不同工况下颗粒捕集器的再生效率进行了研究,结果表明适宜的EGR率和颗粒再生效率才能同时降低柴油机NOx和PM的排放。     

柴油机后处理技术的发展现状及趋势

柴油机后处理技术是实现柴油机满足越来越严格排放限值要求的主要技术.针对现有柴油机所采用的后处理技术,从净化机理、技术特点、净化效果等方面分别分析了净化PM,NOx以及两者同时净化的主流技术和新技术,并对未来的柴油机后处理装置提出了自己的观点和建议,讨论了后处理技术的未来发展趋势.     

WP3四缸柴油机实现国Ⅳ排放的技术研究

首先以某一国Ⅲ柴油机为样机,增加结构优化后的废气再循环(EGR)系统,在未装备后处理装置前提下进行欧洲稳态测试循环(ESC)和欧洲瞬态测试循环(ETC)测试;然后在实验台架上对加装柴油机氧化催化器(DOC)和微粒氧化催化转化器(POC)后处理装置前后的柴油机进行ESC测试。实验结果表明,EGR系统和DOC+POC后处理同时使用才能有效降低NOx和颗粒物(PM)的排放,达到柴油机国Ⅳ排放标准。     

车用柴油发动机尾气排放的分析与控制

简要介绍了国内车用柴油机的现状、特点及排放法规;阐述了柴油机的主要排放污染物及其控制难点;重点对NOx和PM的控制技术要点进行了分析与研究.     

重型柴油车尿素SCR系统及其控制策略研究进展

对选择性催化还原(SCR)系统工作原理进行了介绍;提出了DeNOx系统催化器集成方案;分析了SCR控制系统面临的主要问题;重点介绍了传统SCR控制技术和先进的SCR控制技术,分析了不同控制方法的优缺点。已有研究结果表明:SCR控制系统主要面临SCR模型非线性问题、多时间尺度耦合控制问题、商业传感器测量问题。开环控制系统NOx转化效率可以达到60%～80%,仅满足国Ⅳ和国Ⅴ排放法规要求。而闭环控制系统具有更高的NOx转化效率,可以满足更为严格的排放法规要求。先进SCR控制技术具有良好的控制效果和鲁棒性,能更有效地控制NOx排放和NH3泄漏。发动机和后处理系统协同控制增加了后处理系统的可控性,可以进一步降低柴油车污染物排放。     

船用柴油机尾气中NO_x和PM综合处理技术研究

在船用柴油机减排方面,尾气后处理起到了重要作用。柴油机尾气中NOx和PM的处理技术也越来越成熟,在实践中也获得良好的效果。物理、化学多种处理手段结合使用,各处理方法的应用也使得尾气处理装置基本满足尾气的处理要求,同时降低装置能耗和运行成本,提高了综合处理能力。本文结合部分研究内容介绍了船舶尾气PM和NOx的处理技术及催化处理的发展现状。     

柴油机尿素选择催化还原技术现状及发展趋势

严格的排放法规要求进一步降低NOx排放,选择催化还原(SCR)技术是欧V和欧VI阶段去除NOx的主流技术。首先介绍降低柴油机NOx排放的尿素选择催化还原技术(Urea-SCR)的化学反应机理,然后分别从尿素存储装置、尿素供给系统、催化器及控制单元等方面指出Urea-SCR的研究现状,最终在已有研究基础上对SCR技术的发展趋势进行分析。     

满足车用国Ⅳ排放标准的EGR与DOC技术的应用研究

为实现车用柴油机大流量废气再循环,研制了氧化催化转化器(DOC)后处理器与大流量冷却式废气再循环(L-CEGR)系统组成的排放控制新技术配置,并在11L车用发动机上进行了试验。试验结果表明:采用电控可变几何涡轮增压器(VGT)为主件的L-CEGR系统使NOx排放下降28.6%;采用160MPa高压喷射和进气优化后,PM排放降低74.4%,铂含量为0.55g/unit的DOC能使PM排放降低20%;柴油机各项排放指标均达到国Ⅳ标准,也符合NO2排放限值要求;L-CEGR与160MPa高压喷射等技术相结合,使发动机加权平均燃油消耗率降低3.5%。     

柴油机排放控制技术研究现状与发展趋势

阐述了柴油机尾气的主要组分和生成机理,简要介绍了柴油机机前预处理和机内净化措施,重点对柴油机PM和NOx排放后处理技术进行了探讨,评述了不同技术存在的问题和未来的发展趋势。     

进气加湿结合废气再循环技术对高压直喷双燃料低速机燃烧及排放的影响

基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型,研究了空气加湿技术和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对发动机燃烧过程及排放的影响,并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术,最终得到满足TierⅢ排放法规的可行性技术路线。结果表明,进气加湿降低NOx排放潜力较大(约55%),且对燃料经济性恶化程度较小(约1.6%);单独采用进气加湿技术难以满足TierⅢ排放标准,60%进气加湿程度结合较低程度EGR率(20%)可进一步提高降低NOx排放的潜力(78%);为降低进气加湿和EGR带来的功率损失,在20%EGR率耦合60%进气加湿氛围下,提前2°曲轴转角喷射天然气可使天然气消耗率可降低约1g/(kW·h),同时NOx排放满足TierⅢ排放法规要求。     

铜基菱沸石催化剂——适用于未来中国柴油车排放法规的选择性催化还原技术

详细介绍了更严NOx的排放要求带来的挑战及基于小孔分子筛(菱沸石)的铜基SCR催化剂技术(Cu-CHA),然后研究了催化剂的老化因素(如碳氢中毒、水热老化和硫中毒等)对该催化剂的影响,并通过试验对比研究了钒基SCR和大孔铁基分子筛(Fe-Beta)SCR技术,表明此Cu-CHA选择性还原技术具有优异的低温活性,并且该技术具有极高的热老化稳定性,对碳氢及硫中毒和中毒不太敏感。此外,介绍了铜基SCR在柴油车后处理上的不同应用,包括重柴柴油车DOC+CSF+Cu-SCR系统及轻型柴油车DOC+SCRoF系统等,认为Cu-CHA技术能够满足中国第六阶段排放法规提出的更严格的NOx的排放要求,且该技术安全又具有持续性。     

信息动态

(续上期)第24届国际内燃机会议论文标题报道(柴油机与气体燃料发动机部分)1.4.2降低排放a.从船级社的观点看海事空气污染防治法规(H.J.Goetze)b.船用燃油燃烧的NOx排放(K.Takasaki等)c.利用海水电解来降低NOx和SOx的柴油机排放控制系统(H.S,Kim等)d.低速船用柴油机NOx排放的预防性监控系统(L.Goldsworthy)e.采用新型后处理工艺的柴油机颗粒清净技术(S.Rajan)f.为提高效率降低排放而探索新型柴油机燃烧工况(R.Wagner)g.采用缸内催化和排气催化的柴油机排放控制(R.Senthil)h.使用高强度APSx射线测量燃油喷雾量(S.Ciatti)i.ZrO2型…     

采用VNT/EGR和DOC降低柴油机排放的试验

在一台高压共轨柴油机上进行了采用基于可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)的废气再循环(EGR)系统(VNT/EGR)和柴油机氧化催化器(DOC)降低排放的试验研究。结果表明,通过调节VNT开度可以有效实现EGR循环和控制EGR率,显著降低NOx排放,并且在一定EGR率范围内对烟度影响较小。提高喷射压力可以较明显改善NOx和烟度的折衷关系,采用合理的后喷参数能够在不明显影响经济性和NOx排放的前提下显著降低烟度。对燃烧室进行降低压缩比的合理设计也可以明显改善NOx和烟度的折衷关系。在燃烧系统优化的基础上,最终加装DOC的ESC循环排放测试结果满足了国Ⅳ要求,其中PM为0.0191g/(kW·h),NOx为2.88g/(kW·h),HC和CO排放远低于国Ⅳ限值。     

基于EGR的国Ⅳ重型柴油机技术路线探讨

在一台高压共轨重型柴油机上进行基于EGR技术的排放试验,对比研究了5个不同功率段(升功率分别为23.9、25.5、28.2、29.8和30.7kW/L)柴油机匹配单级增压和二级增压的性能与排放特性,探寻了采用EGR满足不同升功率柴油机的国-Ⅳ技术路线。试验结果表明:随功率段增加,二级增压比单级增压能显著改善中低转速全负荷时NOx与BSFC和碳烟之间的平衡关系,单级增压受EGR引入能力较弱和涡前温度较高双重限制,高功率段中低转速全负荷的NOx比排放难以降低到国-Ⅳ限值以下。ESC测试循环表明:碳烟和CO加权比排放随功率段降低而下降,但HC加权比排放随功率段降低而增加;在中小功率段(23.9、25.5和28.2kW/L),单级增压和二级增压NOx和碳烟加权比排放相当,2种增压方式都能在无后处理情况下使各项排放指标均满足国-Ⅳ排放法规,但单级增压的加权BSFC低于二级增压;随升功率增加,在高功率段(29.8和30.7kW/L),单级增压仅采用EGR技术难以实现国-Ⅳ的重型柴油机排放控制,而采用二级增压耦合EGR仍能在无后处理或简单后处理条件下使各项排放指标达到国-Ⅳ法规要求。     

轻型车扩展地区实际道路NOx排放研究

基于轻型国Ⅵ柴油车安装的后处理前、后氮氧传感器进行实际道路排放RDE(real driving emission)测试和估算.测试地区分别为环境温度40℃以上的吐鲁番高温地区、海拔2 800 m的格尔木高原地区和环境温度-25℃的海拉尔高寒地区.测试结果表明:在不同环境温度和压力下,由于采用整车热管理策略,确保了选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统内部温度处于NOx转化高效温度范围,在城市、城郊和高速工况下,NOx 的转化效率均在85％以上;相比高温地区,高原地区车辆的NOx 原排约提高3.23倍,高寒地区约提高1.81倍.现有轻型国Ⅵ车辆要满足2023年RDE法规的NOx排放限值,优化车辆原始NOx排放至关重要.     

轻型车扩展地区实际道路NOx排放研究

基于轻型国Ⅵ柴油车安装的后处理前、后氮氧传感器进行实际道路排放RDE(real driving emission)测试和估算.测试地区分别为环境温度40℃以上的吐鲁番高温地区、海拔2 800 m的格尔木高原地区和环境温度-25℃的海拉尔高寒地区.测试结果表明:在不同环境温度和压力下,由于采用整车热管理策略,确保了选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统内部温度处于NOx转化高效温度范围,在城市、城郊和高速工况下,NOx 的转化效率均在85％以上;相比高温地区,高原地区车辆的NOx 原排约提高3.23倍,高寒地区约提高1.81倍.现有轻型国Ⅵ车辆要满足2023年RDE法规的NOx排放限值,优化车辆原始NOx排放至关重要.     

外部EGR对于汽油机性能和排放的影响研究

外部废气再循环(EGR)技术可以提升汽油机的燃油经济性,降低爆震倾向,搭建了低压EGR系统,研究了外部EGR对于汽油机性能和排放的影响.外部EGR可以降低NOx和CO排放,但是THC排放增加.通过优化后处理配方比例,可以降低后处理成本;对于经济性,EGR率达到23％,油耗可以降低约10 g/(kW·h),对于动力性,E...