随着我国环境保护进程的加速,柴油机行业的排放标准也随之提高,非道路四阶段排放法规即将实施,相比于三阶段法规而言,四阶段排放限制在PM减少90%,NOx减少12%,HC减少12%。经研究,DOC+DPF+SCR的发动机复合式后处理系统能够有效的实现对HC、CO、PM和NOx的净化,同时不依赖发动机机内净化,对发动机有较少的改造,能够较快速实现发动机减排的要求,具有良好经济性。因此本文围绕非道路四阶段的后处理匹配设计开展研究,对DOC+DPF+SCR的复合式后处理系统进行了研究,首先进行了发动机台架试验以获得仿真所需的边界条件,随后搭建了发动机整机模型,分别从DOC、DPF和SCR的结构入手,分析了系统各单元对排放物的净化能力,并且在发动机台架进行了后处理系统验证,同时对DOC、DPF和SCR工作策略进行了进一步优化,对发动机后处理系统的设计具有一定的指导意义。本文以某非道路用四缸高压共轨电控增压柴油机为研究对象,围绕非道路四阶段后处理系统匹配设计开展研究,以非道路稳态循环工况(the Non-Road Steady Cycle,NRSC)结果为评价标准。首先根据柴油机后处理系统的工作特性和排气污染物的理化性质,确定了柴油氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)—柴油机颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)—选择性催化还原器(Selective Catalytic Reduction,SCR)的发动机后处理系统布置方式;随后搭建柴油机试验台架,进行发动机初始标定,获得发动机外特性曲线和发动机原机排放数据;根据发动机整机结构参数和台架试验数据搭建整机仿真模型,为后续后处理系统的设计提供入口边界条件。建立DOC仿真模型,研究了 DOC不同载体结构CO、HC、NO处理效率的影响;结果表明,CO转化效率较高,受结构变化影响较小;HC转化效率随直径增大而增大;NO处理效率随直径和目数的增大而增大;考虑到污染物去除效率和后处理安装空间,选择140mm×170mm×400目作为DOC载体尺寸。利用DOC仿真模型给出的边界条件建立DPF仿真模型,在NRSC稳态八工况循环下对DPF进行加载,根据PM捕集效率与排气压降进行了 DPF载体设计;结果表明,颗粒捕集效率随长度的增加而增加;当载体目数为150目时,捕集效率随着直径增大而增加,载体目数为150目时,捕集效率随着直径增大而下降。在DPF载体规格选择120mm×150mm×200目时,可以满足对颗粒物排放的控制同时对发动机工作影响较小。建立Fe分子筛SCR模型,探究不同SCR载体机构对NOx转化效率及NH3泄漏量的影响;结果表明,NOx转化效率随直径、长度和目数均提高;当SCR结构为170mm×250mm×300目时,各工况下NOx转化效率最高同时NH3泄露量较少。连接发动机与DOC+DPF+SCR的复合后处理系统,进行一维耦合计算,并进行发动机后处理系统的台架试验验证。对比结果表明,为所选发动机匹配的后处理系统在NRSC稳态八工况循环中可以满足非道路四阶段的排放要。采用了缸内后喷提高DOC出口处温度,以利于DPF内的主动再生,恢复DPF捕集能力。对SCR中NRSC循环的尿素喷射策略进行了优化,增加了 NOx排放,减少了 NH3泄漏量,减少了后处理系统成本,优化后的NOx排放和NH3泄漏均满足非道路四阶段排放标准。