DOC对柴油机颗粒物排放影响的试验研究

基于柴油机台架试验,在一款柴油机上加装了DOC装置,研究了DOC前后颗粒数量浓度、DOC前后颗粒SOF含量和活化能变化趋势。研究结果表明:DOC能降低核模态颗粒数量浓度和积聚态颗粒数量浓度,但随着转矩增加,DOC反而会使积聚态颗粒数量浓度增加。DOC对颗粒总数量浓度的影响随柴油机转矩的增加呈现先降低后增加的趋势。在转矩为50N·m和100N·m工况下,DOC能使颗粒SOF组分含量降低,使颗粒的表观氧化活化能升高。此外,排气颗粒的表观氧化活化能随SOF含量的增加整体上呈下降趋势。     

柴油机DPF后颗粒物排放研究

在一台满足欧Ⅵ排放标准的柴油机上燃用国Ⅴ柴油,带柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了欧洲稳态循环(ESC)、欧洲瞬态循环(ETC)、全球统一稳态循环(WHSC)和全球统一瞬态循环(WHTC)试验。试验结果表明:在试验循环的瞬态过程中,发动机排气经过DPF后,较大的排气背压变化率绝对值峰值仍会导致排气中出现颗粒物数量浓度瞬时峰值。ESC循环试验中平均粒径[50nm,80nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的90%,WHSC中平均粒径[60nm,110nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的87%,ETC在平均粒径[10nm,70nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的80%,WHTC在平均粒径[10nm,40nm]和[50nm,60nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的85%。     

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%。     

DOC+DPF对生物柴油发动机排气颗粒理化特性的影响

以某型高压共轨柴油机为研究对象,研究试验样机燃用BD20混合燃料时,DOC+DPF后处理装置对其排气颗粒理化特性的影响.结果表明:外特性工况下,试验样机连接DOC+DPF后,聚集态颗粒数量浓度降幅最高达99.4%,,而核态颗粒数量浓度降幅不如聚集态颗粒.随试验样机转速上升,DOC+DPF的捕集效率呈上升趋势.此外,试验样机连接DOC+DPF后,多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH)排放质量下降91.5%,,所检测的19种PAH组分中,有17种组分排放质量减少,DOC+DPF可使PAH等效毒性下降93.9%,.     

DPF主动再生过程中缸内远后喷策略对柴油机排放及DOC升温特性的影响

在一台高压共轨柴油机上,研究了用于颗粒捕集器(DPF)再生的缸内远后喷策略对发动机排放、油耗率及柴油机氧化型催化器(DOC)升温特性的影响。结果表明,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放浓度均随后喷油量的增加而升高,HC排放浓度随着后喷定时的延迟先升高后稳定,而CO排放浓度则先升高后降低;氮氧化物(NOx)和碳烟排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势,远后喷的引入使NOx排放降低了9.8%~24.0%,NOx排放浓度随后喷油量的增加而降低,而碳烟排放浓度在后喷定时小于70°时随后喷油量的增加而降低,在70°后则相反;后喷油量为14、17mg,而后喷定时在上止点后80°~140°范围的远后喷工况下,DOC后排气温度均可达到DPF主动再生温度600℃;DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高,随后喷定时的延迟先升高后保持稳定,后喷定时在80°~140°范围内的DOC能量利用率保持在62.73%~75.75%之间,且在上止点后100°时刻达到最大能量利用率。研究结果为缸内远后喷DPF再生及其控制策略的发展提供了有价值的理论依据。     

柴油品质对柴油机颗粒排放的影响

车辆尾气有害排放物所造成的环境污染日益严重，本文研究燃油品质对柴油机颗粒排放的影响。     

废气再循环对柴油机氮氧化物和颗粒排放影响的试验研究

废气再循环(EGR)、进气压力和喷油压力是影响柴油机低温燃烧的重要参数,主要研究了EGR对氮氧化物和颗粒排放的影响.结果表明,在一定工况条件下,随EGR率变大,NO所占体积分数呈先降低后升高的趋势,而NO2和N2O则呈先升高后降低的趋势.N2O所占比例较小,峰值在1%左右.NO谷值与NO2峰值对应相同的EGR率.随进气压力变大,NO2所占比例峰值也变大,对应的EGR率也增加,进气压力为0.24,MPa时,NO2最大比例已接近60%.随EGR率增加,Soot排放快速升高时,颗粒发生积聚,颗粒数密度降低,但粒径变大.提高喷油压力可以降低颗粒排放,但在不同EGR率下,其降低颗粒的机理不同.     

柴油品质对柴油机颗粒排放的影响

车辆尾气有害排放物所造成的环境污染日益严重,本文研究燃油品质对柴油机颗粒排放的影响.     

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。     

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。     

紧凑型柴油机DOC与DPF系统的流动均匀性集成优化

对某商用车排气后处理系统进行了温度场、多孔介质流场的集成优化,结果表明:商用车柴油机排气后处理系统结构紧凑、结构空间限制严格,系统内的尾气流动特性不完全有利于柴油机氧化催化装置(DOC)和颗粒过滤器(DPF)的使用性能及寿命,净化器内的流场不均匀性是降低性能和寿命的主要原因。针对目前的结构提出了多孔进气方案,以结构参数为变量,DOC和DPF均匀性和压降为优化目标,采用多目标遗传算法(MOGA)对排气后处理系统进行了多目标优化。优化后的方案有效提高了排气系统的效率和寿命。     

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.     

DOC/DOC+CDPF对重型柴油机气态物排放特性的影响研究

基于AVL-PEUS傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究柴油机氧化型催化器(DOC)、柴油机氧化型催化器耦合催化型颗粒捕集器(DOC+CDPF)对重型柴油机一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO_2)和二氧化硫(SO_2)气态物排放特性的影响。研究结果表明:相比单独的DOC,DOC+CDPF对CO具有更低的起燃温度,在催化剂活性位上THC比CO具有较强的吸附强度和活性位竞争优势,因此具有比CO更低的起燃温度;DOC和DOC+CDPF均能不同程度地减少NO、增加NO_2、减少总NO_x排放,减少NO的主要途径是氧化机理;在催化剂中添加氧化铈(CeO_2)能有效实现稀燃储硫、富燃释放硫的效果,增强催化剂的抗硫能力。     

DPF主动再生过程颗粒排放特性试验

通过柴油发动机台架,采用后喷助燃的再生方式研究了主动再生过程中柴油机颗粒捕集器(DPF)出口的颗粒排放特性.结果表明:在主动再生期间,DPF出口颗粒浓度可增加2~3个数量级;在升温过程和再生过程,出口颗粒物数量浓度和粒径分布会因为碳载量和再生温度的共同作用而表现出差异;升温过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起;再生过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起;整个再生期间,100 nm左右的积聚态颗粒物的排放主要由DPF载体内碳烟颗粒的逃逸引起.     

柴油机颗粒排放的测量

在欧洲和许多国家或地区,部分流稀释采样系统已经取代庞大而昂贵的全流系统CVS作为颗粒排放的专用测试设备。本文结合上海柴油机股份有限公司引进的AVLSPC472颗粒采样装置,系统阐述了柴油机颗粒排放的测试方法,并比较了各种测试方法的优缺点及其技术上的要求。可以看到,分流稀释采样系统如在设计上能满足法规的要求,其测量结果与CVS的有着很好的相关性。而由于它在价格和体积等方面的优势,分流稀释采样系统已成为未来颗粒测试系统的发展方向．     

降低柴油机颗粒排放措施的研究

在环境污染日益严重的当今世界中,柴油机排出的颗粒由于其巨大的危害性而成为柴油机发展所面临的重要挑战之一。本文以上海柴油机股份有限公司的两种典型产品6135K——9a和D6114ZQ发动机为对象,在燃油喷射系统,燃烧室及进气系统的匹配优化实验的基础上,探讨了喷油定时和喷油压力以及中冷措施对柴油机气态及颗粒物排放的影响。此外还对同一台发动机采用不同实验工况循环的结果做了分析,并引进相对和绝对比排放量的概念研究了不同气态排放与颗粒物排放的主要发生源。     

NTP技术降低柴油机PM排放及低温再生DPF的研究

针对柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)传统再生方法的缺陷,根据低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)放电理论,探索了NTP低温再生DPF技术。从化学反应动力学角度探讨了基于NTP技术的DPF再生反应机理,并利用现代测试分析技术研究了NTP对颗粒物(particulate matter,PM)质量粒径分布、微观形貌、碳结构及表面官能团演变的作用规律。建立NTP技术再生DPF的试验系统,对已捕集PM的DPF进行再生试验研究。通过监测PM的氧化分解产物CO、CO2的体积分数和DPF的内部温度,结合DPF的背压变化,研究不同再生初始温度下的PM氧化分解特性和DPF再生特性,并考察NTP技术对DPF再生的安全性。研究结果表明,NTP技术可有效分解柴油机排气中的PM,显著降低DPF的再生温度,且无需催化剂。这为DPF再生提供了新的研究途径。     

采用防爆EGR+DOC实现防爆柴油机低排放的研究

防爆柴油机以动力性强、经济性好的特点已得到广泛应用,但排放污染严重。煤矿行业日益严格的排放法规对防爆柴油机技术不断提出新的挑战,如何在保持不降低防爆柴油机动力性的同时有效处理有害废气排放产物是当前煤矿井下所遇到的难题。针对防爆柴油机尾气中NO_x和CO两种有害产物,采用了在电控防爆柴油机的进气和排气系统上布置防爆EGR+DOC的技术方案,并根据GB 20891—2014的要求对加装防爆EGR+DOC前后进行了八工况排放试验研究,试验结果表明：采用防爆柴油机在各个工况条件下NO_x和CO的排放量均有所下降,NO_x排放最高降低了36.6%,CO排放最高降低了36.3%。采用防爆EGR+DOC技术具有改造简单、成本低、效果明显、可靠性高的优点,防爆EGR+DOC技术的应用对煤矿井下环境的治理和保护有着非常重要的意义。     

DPF再生时出口气体和颗粒排放特性的试验

基于再生性能测试台架,采用便携式固体颗粒物计数仪(Nanomet3)和气体分析仪,研究了不同再生温度与来流流量下柴油机颗粒捕集器(DPF)再生时出口气体和颗粒的排放特性.结果表明:DPF再生存在快速再生期,随着再生温度升高,快速再生期的时间缩短,使DPF出口的CO和CO_2体积分数增加、排放的积聚态颗粒物增加且再生效率和效能比提高.随着来流流量增加,快速再生期的时间延长,DPF出口的CO和CO_2体积分数减少.在来流流量为25.2 g/s时积聚态颗粒明显减少,但再生效率和效能比也最低.根据出口气体排放情况可以清晰反映DPF的再生情况,为再生策略制定提供重要的试验参考.