国六轻型柴油机PN排放试验研究

为探究国六柴油机PN排放的影响因素,本文以某国六轻型柴油机为研究对象,研究万有工况PN原排的分布特点,以及主喷提前角、轨压、预喷、近后喷、EGR率、进气节流阀开度等参数对单一工况PN原排和WHSC循环PN排放的影响;同时还研究了PN排放和NOx排放之间的相关性。研究结果表明：(1)万有工况,随着转速增大,PN排放整体上呈上升的趋势,随着扭矩的升高,PN排放呈降低的趋势;(2)主喷提前角、轨压、EGR率对PN排放的影响较显著;而预喷间隔角、预后喷油量对PN排放影响较小;(3)PN比排放与NOx比排放存在此消彼长的Trade-off关系,并且存在一个拐点,当NOx比排放低于拐点后,PN比排放会大幅度上升。(4)对于WHSC循环,增加主喷提前角与轨压可以较大程度降低PN排放,但NOx排放会增加明显。     

不同海拔国六柴油机的性能现状分析

针对某国六柴油机,采用进排气海拔模拟系统,开展了全MAP性能试验、WHTC与WHSC排放测试循环试验,系统分析了不同海拔国六柴油机的性能现状。研究发现：随着海拔的升高,柴油机动力性逐渐降低,且在低转速和高转速区域最大降低幅度可达50%以上;全MAP性能试验对应的燃油消耗率逐渐增加,WHTC与WHSC排放循环的BSFC同也呈现增加的趋势;柴油机不同海拔的排放特性显示,2400 m及以下海拔时,NOx排放均能够满足国六排放法规要求,但海拔超过2400 m时,其排放急剧升高。     

基于电控参数的SCR结晶优化研究

为满足国六排放对NOx要求,需要高效率的后处理,并通过喷射大量尿素转化尾气中的NOx。尿素喷射量过多会导致后处理结晶,在硬件配置不变的情况下,影响后处理结晶的主要因素为温度和尿素喷射量。在发动机台架上,可以得出基于后处理温度和尿素喷射量的尿素结晶边界。通过优化发动机电控参数,在不影响排放的情况下,分别采用降低NOx原排峰值、降低尿素喷射量峰值以及后处理保温等措施,减少超出结晶边界的工况,降低结晶风险。结果表明,通过上述措施可以有效降低结晶风险。     

基于模糊控制的柴油机EGR系统氮氧化物排放控制仿真研究

针对柴油机氮氧化物排放污染的日益严重,提出基于模糊控制的柴油机EGR系统氮氧化物排气模型。分析了模糊控制系统的优点,建立了NOx排气模型,并且将此模型应用到模糊控制器中;将设计出来的模糊控制器应用到柴油机EGR模块中,在MATLAB仿真环境下进行仿真研究,给出相应的仿真图;并通过仿真结果验证,对柴油机NOx排放物进行了对比分析。结果表明:基于模糊控制的柴油机EGR模块对NOx的排放控制极为有效并且精确,通过ECU很好地控制了喷油规律,从而降低了柴油机NOx的排放,满足了国Ⅳ、国Ⅴ排放要求。     

尿素喷射管路对气助式尿素喷射装置性能影响研究

SCR系统是目前较为成熟的重型柴油机尾气后处理技术,其中尿素泵、尿素喷嘴是SCR系统的核心部件,与尿素喷射管路共同组成发动机尿素喷射系统,其喷射精度、雾化质量等性能直接影响柴油机SCR系统的NOx转化率和NH3泄露量。为了探究尿素喷射管路对气助式尿素喷射系统性能的影响,搭建发动机试验台架,使用不同规格的尿素喷射管进行ESC、ETC排放试验,并通过关键过程数据的对比分析,研究尿素喷射管对气助式尿素喷射系统性能的影响。试验结果表明,采用不同规格尿素喷射管能够影响空气辅助尿素喷射系统对NOx的处理效果以及氨气的泄漏量;尿素管路内径较粗,会影响尿素的正常喷射,导致ESC循环各工况点NOx尾气浓度不稳定,带来氨泄漏的增加,尿素喷射量较大的高负荷工况更加明显;喷射管长度较长会影响尿素喷射的瞬态响应性,适当减小尿素管长度有助于提高气助系统对NOx的转化效果、降低氨泄漏风险。搭建的常用气助式尿素喷射系统,使用内径3 mm,长度1.5 m以内的尿素喷射管最优。     

SCR系统故障诊断策略研究

国六重型柴油机选择性催化还原(SCR)系统能有效的降低尾气中的NOx排放,若发生故障导致SCR系统无法正常运行,便会加剧对环境的影响。为了保证SCR系统可持续性的工作,需对SCR系统增加故障诊断系统OBD,其中故障诊断系统包含监控和管理,系统的诊断管理包含故障识别、故障反应、故障的存储及读取。通过MATLAB/Simlink软件建立仿真模型,使用SourceInsight工具将模型生成代码,并写入ACU(尿素喷射控制单元)中,构成控制系统。试验结果表明:诊断系统可以检测出SCR系统中的相关故障,并触发相应的故障反应,有效的避免发动机由于SCR系统问题导致尾气超标。     

喷油参数对重型柴油机细小颗粒排放的影响

在满足国六排放重型柴油机上,分别测试了不同EGR开度、轨压、主喷提前角和后喷油量对发动机原排PN排放的影响,同时基于国六标准WHTC循环分析了PN的排放特征,结果表明：不同喷油参数下,PN10和PN23排放规律表现一致,在高负荷区域,随EGR率的增加,sub-23nm占比逐渐降低;EGR率在一定范围内,主喷提前角的增加并未影响sub-23nm占比变化,同时发现不同工况下sub-23nm占比基本在10%～34.1%;随轨压的增加,sub-23nm的占比增大;在低速低负荷区域,随后喷油量的增加,sub-23nm占比呈先增加后降低的趋势。在循环排放方面,原排的冷热态WHTC循环下PN10和PN23排放相当,热态WHTC循环下喷射尿素会增加PN的排放,其中sub-23nm增加了8.34倍。     

带节气门的柴油机平均值模型建模及验证

随着排放法规的日渐严格,现有的国IV/V柴油机空气系统仅仅通过调节EGR与VGT已很难达到国VI排放法规的NOx与PM的排放要求,因而必须增加进气节气门,以使国VI柴油机能够产生更大的EGR率并满足空燃比的控制要求,这样可以使国VI柴油机裸机的NOx与PM排放同时控制在限值内。文中搭建带有节气门的柴油机平均值模型,在稳态和瞬态下对该模型的进气质量流量率和进气增压压力进行验证。验证结果表明,该模型能反映真实发动机的运行工况,基于该平均值模型设计的控制器可靠性高,可减少控制器开发时间。     

喷油参数对共轨柴油机排放影响的试验研究

针对某款轻型车用柴油机的燃油系统,进行了油嘴伸出量和柴油机燃烧室的匹配选择。试验研究了在转速为1696r·min-1,转矩为146N·m的工况下,轨压、主喷正时、预喷射参数以及EGR对NOx、烟度及燃油消耗率的影响。结果表明:在1.4mm的喷油器垫片下的油嘴伸出量,烟度最好。在试验所研究的工况点下,增大轨压可有效改善燃油雾化特性,使得烟度和燃油消耗率降低,但NOx排放增多;推迟主喷正时可有效降低NOx的排放,这两个喷油参数可作为优化柴油机性能的重要指标。通过试验可知,柴油机存在一个最佳的主预喷间隔;随着预喷油量的增加,烟度和燃油消耗率逐渐增加,NOx呈现先减少后增加的趋势;EGR阀开度的增加使NOx明显减少,但EGR阀开度在30%之后,烟度开始明显恶化。     

船舶柴油机冷EGR自控系统设计研究

设计了一套船舶柴油机冷EGR系统,并对其控制系统进行了软件和硬件的设计,控制部分通过单片机控制伺服水泵的转速来调节冷却水的循环量,保证不同工况下的最佳EGR冷却温度,在船舶柴油机YC4F90L-C20上进行了试验,结果表明,与无EGR系统相比,该自控冷EGR系统在CO和HC的排放基本不变的情况下,可以有效的降低NOx的排放和烟度,保护了海洋环境。     

基于EGR的高压共轨柴油机排放性能仿真研究

采用工作过程联合燃烧分析的方法,分析了EGR对TBD234共轨柴油机排放性能的影响。利用工作过程分析软件对配有EGR系统的TBD234柴油机进行建模及仿真分析,将计算结果作为初始条件对柴油机缸内燃烧过程进行燃烧计算分析,研究了不同EGR率下共轨柴油机排放特性。结果表明,随着EGR率的增加,NOx的排放显著降低,但soot生成量明显提高,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧进行变缓。当EGR率达到0.4时NO的生成量降低到原机的2.25%,但是soot的生成量几乎是EGR率为0.3时的两倍,所以在较高负荷情况下应该采用小EGR率。     

采用文曲利管降低柴油机NOx排放

废气再循环(EGR,Exhaust Gas Recirculation)是大幅降低整机排放污染物的有效办法,也是目前较为常用和有效的措施.废气再循环(EGR)就是通过将柴油机排出的废气重新引回到气缸内参与燃烧的装置,可更好地控制和减少其尾气中NOx的排放量.文中介绍了柴油机工作时产生NOx的机理和文曲利管降低柴油机NOx排放的原理,通过对安装有文曲利管的柴油机进行试验,分析废气再循环率对柴油机动力性能和NOx排放的影响.     

柴油机废气再循环系统控制器的设计研究

根据增压柴油机废气再循环(EGR)系统的要求,采用动态矩阵控制(DMC)算法设计EGR系统控制器.通过仿真系统试验证实了所设计的控制器可以应用于柴油机EGR系统,并能够使EGR系统有效降低柴油机氮氧化物(NOx)的排放.     

柴油机废气再循环系统控制器的设计研究

根据增压柴油机废气再循环(EGR)系统的要求,采用动态矩阵控制(DMC)算法设计EGR系统控制器.通过仿真系统试验证实了所设计的控制器可以应用于柴油机EGR系统,并能够使EGR系统有效降低柴油机氮氧化物(NOx)的排放.     

满足国六排放法规的EGR系统诊断

EGR技术作为一种有效降低NOx排放的方法而得到广泛应用,EGR系统能否正常工作直接影响发动机的排放效果。国六法规要求,OBD(车载诊断系统)需要对EGR系统的相关失效进行监测。本文介绍了满足国六法规要求的EGR系统诊断功能及其原理,为发动机电控系统诊断策略开发提供参考。     

高压共轨柴油机DOC/POC/SCR后处理系统的开发研究

本文提出了对在用的高压共轨柴油机满足国Ⅴ排放法规的技术方案。它以32.5%的尿素水溶液为还原剂,采用本文提出的DOC/POC/SCR后处理系统,通过共轨柴油车的发动机台架试验,分析了ESC循环测试下NOx的排放浓度和负荷特性下NOx的排放浓度,结果表明:若仅采用单一的Urea-SCR后处理系统,共轨柴油机排气中的NOx浓度降至300ppm左右,转化率可达到75%,只能满足国Ⅳ的排放法规要求值;而采用本文提出的DOC/POC/SCR后处理系统后,共轨柴油机排气中的CO和HC净化效果显著,NOx浓度降至180ppm左右,转化率可达到85%完全满足了当前实施的国Ⅴ的排放法规,实现了对在用高压共轨柴油机后处理系统的技术升级。     

燃烧器改善柴油发动机排放的试验

以满足国六b的四缸机为研究对象,探索燃烧器对柴油发动机的原始排放和尾排的影响,评估其在实现超低排放的必要性。通过试验研究发现：燃烧器催化器的载体床温有较大的贡献,在WHTC排放循环过程中,其SCR催化器的载体平均温度上升132.85℃,为进一步提高SCR转化效率,降低NOx排放提供了基础。通过对比加装燃烧器前后的原排和尾排发现,燃烧器对原始HC和CO排放影响较大,但通过DOC+DPF+SCR+ASC后处理装置后,其排放水平基本相当,对NOx原始排放影响不大,但由于SCR催化器的载体温度的大幅度上升,NOx尾排得到大幅度的降低,具备满足未来法规的潜力。同时基于该配置研究整车实际运行过程的水平,选择最苛刻的环卫车工况进行评估,从结果看在满足当前国六b的基础上,NOx排放得到一定程度的降低。同时我们也发现,燃烧器工作过程中,需要消耗一定的燃油,因此CO2排放有一定的上升,因此在应用该技术的时候,需要对其控制逻辑进行优化,进一步研究在提升催化器载体床温和CO2之间的平衡。     

柴油机废气再循环系统冷却器的数值模拟

柴油机废气再循环(EGR)技术能有效降低NOx有害排放,而EGR冷却器的结构优化是提高冷却器效率,减少NOx排放的有效手段.应用FLUENT软件对柴油机废气再循环系统冷却器的数值模拟,为柴油机废气再循环系统冷却器的设计和优化提供理论依据.     

柴油机不同测试循环气态污染物排放特性

相比于国六法规的发动机测试循环(WHTC和WHSC),中国汽车行驶工况发动机测试循环(CATC和CASC)更能反应我国车辆实际行驶状态。为了研究上述4种测试循环的不同,本文通过一款4L四缸柴油机,分别开展了CATC、CASC以及WHTC、WHSC下的排放测试并进行了气态污染物排放特性分析。结果表明：WHSC和CASC循环的平均排温较WHTC和CATC循环的平均排温高100℃,对应的NOx和PM排放在WHSC和CASC循环下能满足国六限值,而在WHTC和CATC循环下未能满足限值要求;CO和THC的排放则受排温和测试循环中低负荷工况占比影响较大。本文同时还总结了在不同测试循环的排气流量、转速、扭矩和平均排温等工况特性,阐述了产生差异的原因。     

国六混合动力客车排放特性试验研究

在一台插电式混合动力城市客车上分别进行了基于CCBC、CHTC-B和PEMS的排放试验研究,验证了不同载荷下的CO、NOX、PN等排气污染物的情况。结果表明:搭载满足国六排放标准的发动机,在不同的测试循环均可满足国六整车排放测试标准,由于不同测试循环的车速要求不一致,使得发动机的运行工况和运行时间略有差异,这样导致排气温度的不同,在排气温度较低的情况下,催化器的转化效率较低,会导致排气污染值略高一些。