满足国V排放标准的组合后处理系统应用研究

在一台机械泵柴油机上开展了氧化催化剂(DOC)+颗粒氧化转化器(POC)+选择性催化还原转化器(SCR)组合后处理装置对排放的影响研究,考察了组合后处理装置的排列顺序。试验结果表明,DOC+POC及SCR单后处理系统都不能同时满足国V标准对PM和NO_x的限值要求;DOC+POC+SCR组合后处理装置方案能够使试验柴油机达到国V排放标准。通过对组合后处理装置和管路的优化使整体背压小于25 kPa,降低对柴油机经济性和动力性的影响。     

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。     

DOC/POC/SCR组合后处理技术在非电控柴油机排放上的应用研究

在一台经典非电控柴油机上进行了氧化催化剂(diesel oxidation catalyst,DOC)/颗粒氧化转化器(particle oxidation catalyst,POC)/选择性催化还原转化器(selective catalytic reduction,SCR)组合后处理排放控制研究以使其达到国-Ⅴ标准要求,对后处理单元的选择及排布进行了考察。试验结果表明:DOC+POC及SCR单后处理系统仅能使试验发动机排放污染物中颗粒物(PM)或NOx达到国-Ⅴ标准;而DOC/POC/SCR组合后处理系统则可使两种污染物排放均满足标准要求。SCR与DOC+POC排布顺序对污染物去除效率无明显影响。对POC的被动再生研究表明:DOC+POC系统需置于SCR系统前以使排气中NO2量满足POC的连续再生要求,且SCR系统后置也可降低其入口温度,减小温度对涂层的热老化影响。通过陶瓷POC的应用及结构优化设计使得组合后处理系统排气背压控制在25kPa之内,可减少对发动机性能影响。     

双级串联DOC+POC柴油机排放特性研究

为了应对"特京五"对颗粒物数目的要求,在一台满足国Ⅳ标准柴油机上,以国Ⅴ柴油原排试验结果为基准,对一组氧化型催化器(DOC)+微粒氧化催化转化器(POC)后处理和两组DOC+POC后处理串联时热态全球统一瞬态循环(WHTC)的气态污染物和颗粒物排放结果进行了对比研究。结果表明:单组DOC+POC的净化能力为颗粒物质量降低63%,颗粒物数目降低23%;两组DOC+POC串联可使颗粒物质量降低74%,颗粒物数目降低79%,并可以避免一组DOC+POC方案时颗粒物数量浓度瞬时排放超过原排的现象。采用两组DOC+POC串联方案时,燃用国Ⅲ柴油的排放结果与国Ⅴ柴油的排放结果基本持平,表明两组DOC+POC串联后处理方案可以克服燃油品质变差对颗粒物排放带来的不利影响。     

满足美国EPATier4排放要求的非道路动力技术研究

首先以现有非道路机型4B2系列柴油发动机为基础机型,通过本体的优化设计后,将燃油系统从机械泵升级为电控高压共轨系统,并同时采用废气再循环(EGR)技术以及尾气后处理装置(氧化催化转化器(DOC)+颗粒氧化还原转化器(POC)),以满足美国环保局非道路车辆用柴油机排放标准第4阶段(EPA Tier4)排放限值的要求。     

采用不同后处理装置的柴油机减排效果分析

对分别安装DOC+ DPF和DOC+ POC后处理装置的两台柴油机进行了排放试验.在有/无后处理装置两种状态下,通过ESC试验对两台发动机常规污染物CO、HC、NOx和PM以及非常规污染物NO2和SO2的排放水平进行检测和对比分析,此外对全负荷烟度水平也进行了检测.试验结果表明:DOC+ DPF后处理装置对常规污染物的...     

不同路线国V车用柴油机非常规排放对比研究

在AVL全流采样(CVS)发动机台架上,对2台国V柴油机进行了ESC、ETC测试循环,并利用FTIR气体分析仪对非常规气体排放进行了测试。通过对比不同技术路线(增压中冷+共轨+EGR+DOC+DPF和增压中冷+共轨+SCR)发动机的NO2、SO2、NH3、HCHO和NOx排放,对它们的排放特性进行了试验研究;同时还分析了两种路线的CO2排放和油耗情况。研究结果表明DOC+DPF可以使NOx中NO2的比例升高,ESC循环达到了24.3%;两种路线都可以使车用柴油机满足国V排放标准要求,但前者THC、CO、HCHO、NH3排放明显低于后者,后者NO2排放及NO2在NOx排放中的比例明显低于前者。SCR路线在油耗和CO2排放方面相对具有优势。     

金属基POC降低轻型柴油机排放的试验研究

在柴油机试验台架上开展了金属基POC载体的应用研究,并与陶瓷基载体进行了对比。试验结果表明:在载体的体积及目数、涂层性质相同时,金属基载体POC在ESC测试循环中的平均排气背压比陶瓷基高15%左右;在ESC及ETC排放试验中,二者的发动机气态污染物排放值相差不多,但金属基载体POC的颗粒排放比陶瓷基POC要低很多,金属POC是陶瓷POC的57%(ESC循环下)和66%(ETC循环下);另外从最大颗粒物承载量来说,金属基POC是陶瓷基POC的1.5倍。     

基于EGR技术的国Ⅳ重型柴油机燃烧系统开发

在一台电控重型柴油机上进行了基于EGR技术的燃烧系统开发研究,组建了基于WGT增压器的电控高压EGR系统,研究了燃烧室、喷油器、增压器、EGR率及喷油参数等对柴油机性能和排放的影响,确定了最终的重型柴油机国IV燃烧系统优化方案.结果表明:通过优化匹配燃烧室和增压器并采用孔径较小的多孔喷油器能显著改善柴油机NOx和烟度之间的折衷关系;小负荷时,推迟喷油可以使NOx在降低较多的情况下烟度略有下降;随着EGR率增加,提高喷油压力与推迟喷油相结合,可以同时降低大负荷的NOx和烟度排放,并能改善燃油经济性.ESC循环测试结果表明,通过对燃烧系统、EGR和喷油控制参数的综合优化,在不采用后处理器的情况下,柴油机各气体排放(NOx、HC和CO)及微粒(PM)均达到国Ⅳ排放标准,十三工况加权油耗率与原机基本相当.     

VNT对柴油机NOx排放特性优化的研究

为了研究可变喷嘴涡轮(VNT)技术对降低柴油机NO_x排放的作用,首先对带排气旁通阀涡轮增压器(WG)和文丘里管高压废气再循环(vEGR)的WG-vEGR涡轮增压柴油机原机,运用GT-Power软件和AVL FIRE软件进行VNT的匹配,对柴油机综合性能进行了仿真计算,确定欧洲稳态测试循环(ESC)工况最优VNT开度规律,组成VNT-vEGR柴油机。随后对WG-vEGR柴油机和VNT-vEGR柴油机进行了ESC工况台架试验研究。研究结果表明:VNT能够提高柴油机的废气再循环(EGR)率,VNT-vEGR柴油机的ESC工况加权NO_x排放值为3.53g/(kW·h),与WG-vEGR柴油机原机的4.92g/(kW·h)相比,下降约28.25%;ESC工况加权比油耗为232.1g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的235.5g/(kW·h),降低约1.44%;ESC工况加权碳烟排放值为0.055g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的0.058g/(kW·h),降低约5.17%。且从加权比油耗和碳烟排放值的变化情况可以看出,该系统具有采用更大EGR率以获得NO_x排放进一步优化的潜力。     

重型车用EGR国Ⅲ发动机的性能开发

介绍了重型车用柴油机从国Ⅱ升级到国Ⅲ排放的EGR技术路线。在国Ⅱ柴油机的基础上,通过燃油系统、增压系统、燃烧系统的改进,采用冷却EGR技术,进行排放优化试验,最终柴油机通过了ESC、ETC、ELR、加速烟度等排放检测试验,达到了国Ⅲ排放要求。     

DOC/POC耦合对柴油机燃用欧Ⅲ/欧Ⅳ柴油尾气排放的影响研究

按照ESC 13工况测试循环,在1台4缸柴油机上进行DOC/POC耦合净化器对柴油机分别燃用欧Ⅲ/欧Ⅳ柴油后污染物净化效果的试验研究.结果表明,燃油油品差异对不装净化器的HC,CO和NOx排放影响极小.耦合净化器对HC和CO的净化率分别达到85％和90％.受油品含硫量影响,耦合净化器对欧Ⅲ柴油PM不起作用,反而会使PM排放增加22.3％,然而对欧Ⅳ柴油的PM可净化45％.综合来看,仍需对该净化器重新设计并优化柴油机燃烧系统才能使该发动机达到国Ⅳ排放标准.     

基于国五发动机满足国六排放标准的技术措施探讨

为了研究现有排放控制技术发动机在国六排放标准下的排放特性,基于一台满足国五排放采用选择性催化还原(SCR)技术路线的发动机,分别进行了国五标准的欧洲稳态测试循环(ESC)、欧洲瞬态测试循环(ETC)和国六标准的世界统一稳态测试循环(WHSC)、世界统一瞬态测试循环(WHTC)测试。结果表明:采用SCR路线的国五发动机颗粒物(PM)、粒子数量(PN)排放均远远超出国六限值,因此,对于国六发动机开发来说,加装柴油颗粒捕集器(DPF)是必要的。与此同时,对于较为苛刻的国六限值,该发动机NO_x排放较高,需进一步改善后处理系统,做好热管理,保证SCR较高的转化效率和反应速率。对于所有的测试循环,总碳氢(THC),CO等排放较低,满足要求。     

非道路用柴油机NO_2排放的试验研究

在一台非道路用达国四排放柴油机上,通过对比有无DOC+POC后处理以及不同DOC+POC装置情况下的NOx和NO2排放特性,对NOx排放中NO2的比例进行了分析,研究结果表明DOC+POC对CO,HC及烟度减排效果明显,对NOx排放无影响,但是会使NOx排放中NO2的比例升高,且升高的比例取决于DOC氧化能力的大小。     

重型柴油机SCR排放试验分析

为了满足国Ⅴ标准,采用了DOC+SCR系统对柴油机排放进行有效控制。采用一套气助式系统,在ESC/ETC/WHTC三种循环方式下进行了多重试验验证,得到了相应试验工况的排放数据,较原机排放有了很大提升,证明了该系统在重型柴油机减少排放方面的实用价值。     

硫含量对配备POC的柴油机颗粒物排放影响研究

为研究颗粒氧化型催化器(particle oxidation catalyst,POC)装置对柴油中硫含量的适应性,选取硫含量分别为350×10~(-6)和50×10~(-6)的两种车用柴油,在柴油机上进行排放试验,并进行颗粒物中的离子成分分析。试验结果表明:采用POC技术进行排放控制的柴油机使用高硫柴油有可能大幅度增加排气颗粒物中硫酸盐排放,从而大幅度增加颗粒物的质量排放,增加的硫酸盐的质量等效H_2SO_4·7H_2O的质量;柴油的硫含量对NO_x排放的直接影响很小;改进POC系统中柴油氧化催化剂(diesel oxidation catalyst,DOC)的配方,如减少催化剂中贵金属的使用量,以减少SO_2转化为硫酸盐的比例,能有效降低使用高硫柴油柴油机的颗粒排放。     

各缸废气再循环率不均匀性对柴油机排放影响的试验研究

针对一台由国五升级到国六的重型柴油机原始排放(无后处理系统)超过目标设定值的问题进行研究,提出了一种通过控制各缸废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率不均匀性来降低柴油机原始排放的方法。建立了柴油机各缸EGR率不均匀性的排放测试试验台架和测试方法,通过分析排放万有特性曲线图确定所研究的进气总管EGR率和柴油机运行工况点,用CO2法在稳态工况下测量各缸EGR率,分析各缸EGR率不均匀对排放性能的影响,确定了达到企业原始排放目标设定值的各缸EGR率不均匀性范围,实现了通过控制各缸EGR率不均匀性来降低柴油机原始排放及降低满足国六排放法规后处理系统匹配难度和成本的目的。     

不同标准柴油对柴油机性能和排放的影响

为研究不同柴油燃料对发动机燃烧和排放特性的影响,选取国Ⅱ~国Ⅴ不同标准柴油及加油站购得的4种国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油,在一台满足国Ⅳ排放法规的电控高压共轨柴油机上开展实验研究.结果表明,市售满足国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油对满足国Ⅳ排放标准的柴油机有效燃油消耗率(BSFC)影响差异在2%,以内,NO_x排放加权值差异在10%,以内,HC、CO排放差异在20%,以内,碳烟排放整体很低.燃用国Ⅱ~国Ⅴ这4种不同标准的柴油后,共轨柴油机外特性转矩及功率差异在2.4%,以内,在欧洲稳态测试循环(ESC)工况下燃油消耗率差异小于2%,;在不同转速和负荷下,随着燃料十六烷值的降低,NO_x排放略有增大,燃用4种不同标准的柴油后,ESC循环NO_x排放加权结果变化在7%,以内;4种燃油对国Ⅳ排放共轨柴油机动力性、经济性影响很小,燃用不同燃料时碳烟、HC和CO排放均低于国Ⅳ排放限值.     

轨压和EGR率对柴油机性能的影响

基于一台采用EGR+DOC+DPF+SCR(EGR为排气再循环系统;DOC为柴油机氧化型催化器;DPF为柴油机颗粒捕集器;SCR为选择性催化还原)技术路线的欧Ⅵ排放柴油机,研究轨压和EGR率对柴油机经济性的影响,其中经济性分析以综合油耗为指标,综合油耗包括油耗、尿素消耗和再生消耗的柴油。研究表明:随着轨压升高,NOx排放升高,碳烟(Soot)排放降低,柴油机有效燃油消耗率(break specific fuel consumption,BSFC)变好,综合油耗出现拐点;不同轨压变化时,EGR率对柴油机排放的影响变化一致,随着EGR率的升高,NOx排放降低,Soot排放升高,BSFC变差,综合油耗变好,当EGR率在18%左右时,综合油耗最佳。同时,与非EGR路线的欧Ⅴ柴油机进行经济性对比,EGR路线对BSFC有一定程度恶化,综合油耗并没有恶化。     

DOC+DPF+SCR后处理系统对小型柴油机性能及排放的影响

对比无后处理的小型柴油机原机和氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)+选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术的柴油机性能和排放状态,测试排气管和DPF出口处NO_x排放中NO的体积分数。试验结果表明:与搭载DOC+DPF+SCR后处理的柴油机相比,原机的扭矩提高5～10 N·m,油耗无明显变化;原机NO_x排放中全部为NO,搭载DOC+DPF+SCR后,NO的体积分数随温度的升高逐渐降低,排温在500℃时,体积分数降至84%左右;相比于原机,搭载DOC+DPF+SCR后处理系统的小型柴油机在非道路稳态循环(non-road steady cycle,NRSC)试验中CO的比排放降低了97%,HC的比排放下降了86%,NO_x的比排放下降了70%,PM的比排放下降了80%。