进气节流和后喷减少氮氧化物排放的研究

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随着排放法规的日益严格,柴油机的氮氧化物和颗粒物是排放控制的重点和难点。选择性催化还原技术和颗粒物捕集技术成为了满足车用柴油机国Ⅵ排放法规的必备措施。排气热管理技术是确保后处理系统在中低工况下高效可靠运行的关键技术手段,本文主要研究了进气节流、后喷对柴油机后处理系统净化氮氧化物效率的影响。本文主要内容如下:(1)在分析了柴油机性能及排放测试需求的基础上,基于某款增压中冷的高压共轨柴油机搭建了柴油机实验台架,选配了电力测功机、测控系统、尾气分析仪等主要测试设备,并建设了实验台架辅助系统,包括智能油耗仪及恒温系统、二级中冷系统、冷却液恒温系统、进气恒温恒湿系统、全室空调系统等,根据测试需求布置了 13个温度传感器和13个压力传感器,满足柴油机国Ⅵ排放法规的测试需求。(2)基于C-WTVC循环采集的该柴油机实际道路运行参数,选择了在运行过程中比较常用的六个中低运行工况作为实验工况。在保持转速和扭矩不变的情况下,实验研究了进气节流度和近后喷油量对于柴油机经济性、氮氧化物原排、DOC对氮氧化物转化效率的影响规律。在综合考虑DOC后NO2在NOx中的占比、排气温度和燃油经济性的基础上,优化确定了六个中低运行工下合适的进气节流度和近后喷油量。(3)基于实验结果优化后的进气节流度和近后喷油量,对比分析了六个中低运行工况下优化前后DPF出口和SCR出口处的尾气参数,以及整个后处理系统对氮氧化物的净化效率。实验结果表明,优化后六个工况下整个后处理系统对氮氧化物的净化效率相比优化前均出现明显提升,六个工况分别提升了 34.41%-71.57%,氮氧化物整体转化效率均超过了 95%。(4)结合实验用柴油机的后处理系统的关键结构及技术参数,基于简化的化学反应动力学模型,在GT-SUITE中搭建了包括DOC、DPF和SCR的复合后处理系统仿真模型,基于小样实验和台架实验进行了标定和验证。基于后处理系统的全仿真模型,对比研究了铜基、铁基和钒基SCR催化剂以及不同尾气参数下整个后处理系统对氮氧化物的净化效率。
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