论文部分内容阅读
随着工业和经济的发展,汽车保有量逐年增加,以发动机排气污染物为源头造成的环境问题愈发严峻,日渐严格的法规要求推动着排放控制技术不断发展,柴油机的主要排放污染物是NOx和PM,二者由于生成机理的不同呈此消彼长的关系,单靠机内净化技术已无法满足排放要求,必须依靠机内与机外技术的配合才能有效控制二者排放。选择性催化还原是专门用于减少柴油机NOx排放的机外手段,技术成熟且效率高,已被广泛使用。NOx转化效率和NH3逃逸量是最重要的两个SCR性能评价指标,也是满足国六法规的关键。排气温度和排气流量的变化会对两个评价指标产生重要影响,而柴油机在不同海拔下运行时排气温度和排气流量是不一样的,这就需要SCR控制策略能有较好的海拔适应和调控能力。研究不同海拔下SCR性能影响因素及规律能为SCR控制策略的优化丰富理论基础,对提升SCR海拔适应性有重要意义。以一台2.0L高压共轨柴油机为研究对象,依托AVL试验台架及尾气采集设备,结合大气模拟系统,分别在80kPa、90kPa、100 kPa大气压力下进行了柴油机外特性试验,研究不同海拔下柴油机的性能和原始排放,并对排气温度、排气流量和海拔变化对NOx转化效率和氨逃逸量的影响展开研究,利用试验数据运用AVL BOOST搭建一维模型,以不同海拔为基础,耦合排气温度和排气流量分析对SCR性能的影响,运用响应曲面法进行方案设计并提出预测模型,最后进行响应曲面分析。研究结果如下:(1)柴油机动力性、经济性会随着海拔升高而降低。海拔越高,柴油机扭矩及功率越低,燃油消耗率越高,在低速时不同海拔下的柴油机性能差异更明显;随着海拔的升高排气温度会升高而排气流量会下降;柴油机NOx和排气氧含量随海拔升高而降低,CO、CO2和HC排放都随海拔升高而增大。(2)NOx转化效率随排气温度升高呈现先增大后减小的规律,230℃至320℃温度区间转化效率从43.3%上升到78.6%,增加35.3%;320℃以后转化效率随温度升高涨幅减小,至380℃时转化效率达到最高86.7%,随后温度持续升高但转化效率逐渐降低,至560℃时转化效率降至59.5%,较最大转化效率降低27.2%。氨的逃逸量随着温度的上升先减小后小幅上升,230℃时至410℃,氨逃逸量从348.3ppm降至20.6ppm,降幅达94%,之后伴随温度继续升高氨逃逸量略有增加,氨逃逸量从20.6ppm增加到73.5ppm,增加52.9ppm。NOx转化效率随排气流量增大总体呈下降趋势,随着温度的上升,排气流量对NOx转化效率的影响越来越小,250℃时最大转化效率为49.7%,最小转化效率为28.2%,下降21.5%,300℃转化效率下降14.6%,350℃时转化效率下降8.7%;随排气流量的增大,氨泄漏量不断增大,且温度越低氨泄漏量随排气流量的变化幅度越大。(3)海拔越高,排气温度越高而排气流量越低,使得NOx转化效率越高,随着转速的升高转化效率降低,低速时海拔影响显著,中高速时影响较小。海拔越高,氨的逃逸量越小,转速从低到高氨逃逸量先减小后增加,低速时氨逃逸量海拔差异较小,中高速时差异较大,不同海拔氨逃逸量最大差值发生在2400r/min时,80kPa逃逸量为17.8ppm,100kPa逃逸量为138.8ppm,相差121ppm,最小差值发生在1400r/min时为13.4ppm。(4)结合实验数据及SCR参数,运用AVL BOOST建立一维模型,仿真结果表明:三个海拔下NOx转化效率随温度变化规律一致,排气温度升高转化效率先上升后下降,海拔越高,NOx转化效率越低;随着温度的升高氨逃逸量先降低后升高,且海拔越高氨的逃逸量越少。三个海拔下NOx转化效率都随排气流量的增大而减小,但是在不同的温度下减小幅度不一样,低温(230℃～320℃)和高温(450℃～560℃)时排气流量对转化效率影响较大;相同温度下,海拔越高,NOx转化效率随排气流量减小的幅度越大。不同海拔下随排气流量的增大,NH3的逃逸量不断增加,海拔越高,氨的逃逸量越大,相同排气温度和排气流量下,平原氨逃逸量比高原多。(5)运用响应曲面法进行试验设计,分析大气压力、排气温度和排气流量交互作用对NOx转化效率、NH3泄漏量和排气氧含量的影响,并建立预测模型,结果表明:排气温度是影响NOx转化效率的显著因素,排气温度分别和排气流量、大气压力的交互作用对NOx转化效率影响都很大;排气温度和排气流量都是NH3泄漏量的显著因素,二者交互时对NH3影响最大,排气温度越低排气流量越大,氨的泄漏量就越大;排气流量和大气压力是影响排气氧含量的显著因素,二者交互对O2含量影响最大,海拔越高排气流量越大则排气氧含量越高。