發(fā)布時(shí)間：2017-08-05 01:05

  本文關(guān)鍵詞：基于熱管理的柴油機(jī)微粒及NO_x排放控制技術(shù)研究

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【摘要】：柴油機(jī)由于具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)在商用車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但柴油機(jī)NOx和PM排放污染問題也隨商用車保有量的不斷增加日益嚴(yán)重,重型柴油機(jī)的排放問題尤為顯著。為了降低NOx和PM排放,我國(guó)已經(jīng)全面執(zhí)行國(guó)四排放法規(guī),北京等地區(qū)計(jì)劃率先執(zhí)行京六(歐六)排放法規(guī),我國(guó)重型柴油機(jī)第六階段排放法規(guī)也在制定中。歐洲在2014年已執(zhí)行歐六排放法規(guī),滿足歐六排放法規(guī)的主流后處理技術(shù)為DPF耦合SCR技術(shù)。我國(guó)對(duì)DPF和SCR技術(shù)開展了一定的研究工作,為我國(guó)第六階段排放法規(guī)的執(zhí)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),但針對(duì)歐六柴油機(jī)的DPF和SCR核心技術(shù)還缺乏系統(tǒng)相關(guān)性研究,與國(guó)外相比存在較大差距。在DPF耦合SCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)歐六柴油機(jī)排放的應(yīng)用過程中,面臨的主要問題是如何提高低負(fù)荷工況下SCR轉(zhuǎn)化效率和實(shí)現(xiàn)DPF安全再生。導(dǎo)致SCR轉(zhuǎn)化效率低的主要原因是歐六法規(guī)規(guī)定的測(cè)試循環(huán)下排氣溫度較低,催化劑性能無法充分發(fā)揮,而導(dǎo)致DPF不能成功再生或再生時(shí)載體燒裂、燒熔的主要原因是再生時(shí)溫度得不到合理控制。由此可見,后處理系統(tǒng)熱理管理及控制是DPF耦合SCR實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)歐六排放的關(guān)鍵問題。本文主要圍繞歐六柴油機(jī)后處理系統(tǒng)熱理管理及控制策略開展研究。首先,針對(duì)SCR和DPF對(duì)溫度的需求,通過試驗(yàn)研究了進(jìn)氣節(jié)流閥、噴油提前角、噴射壓力和后噴等排氣溫度管理主動(dòng)控制措施對(duì)排氣溫度和燃油消耗的影響,以排氣溫度提升效果和燃油消耗增加情況作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),提出了進(jìn)氣節(jié)流閥和后噴相結(jié)合的排氣溫度提升方案,并通過WHTC瞬態(tài)工況測(cè)試循環(huán)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,該方案在燃油消耗增加不明顯的情況下,可以有效提高排氣溫度,為SCR低負(fù)荷應(yīng)用和DPF再生提供必要的溫度條件。為了充分利用排氣熱能將噴射的尿素溶液完全蒸發(fā)釋放出NH3,提出了一種逆流式結(jié)構(gòu)的尿素混合解決方案,該方案能夠促使尿素與排氣充分地混合、破碎、熱解和水解,生成的NH3均勻地分布在催化劑的前端面,提高轉(zhuǎn)化效率并降低尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明,與緊耦型結(jié)構(gòu)相比,逆流式結(jié)構(gòu)在WHSC和WHTC測(cè)試循環(huán)下的NOx轉(zhuǎn)化效率分別提高了約60.3%和69.4%,且有效避免了尿素結(jié)晶等沉積物的形成。其次,通過對(duì)催化劑化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究,建立了SCR動(dòng)力學(xué)模型,基于此逆流式結(jié)構(gòu)的尿素混合方案,用SCR動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算分析了WHTC瞬態(tài)測(cè)試循環(huán)下排氣溫度對(duì)NOx排放的影響,提出了溫度改善方案,以滿足SCR轉(zhuǎn)化效率對(duì)溫度的要求,同時(shí)為基于氨儲(chǔ)值閉環(huán)的尿素噴射控制策略提供了模型。實(shí)現(xiàn)DPF安全再生的關(guān)鍵是溫度的控制,但前提條件是準(zhǔn)確判斷DPF內(nèi)的碳載量,針對(duì)該問題,建立了DPF碳載量理論計(jì)算模型,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,WHTC測(cè)試循環(huán)下DPF碳煙累積過程中,DPF碳載量計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果間的偏差均值在3.4%左右,可以實(shí)現(xiàn)DPF主動(dòng)再生觸發(fā)時(shí)刻判斷的準(zhǔn)確性。并基于此模型研究了排氣溫度對(duì)DPF被動(dòng)再生的影響,為實(shí)現(xiàn)純被動(dòng)再生對(duì)排氣溫度的需求提供了依據(jù)。在DPF主動(dòng)再生過程中,柴油機(jī)運(yùn)行工況突然降至怠速狀態(tài),會(huì)使DPF內(nèi)部溫度峰值和溫度梯度迅速升高,易導(dǎo)致DPF出現(xiàn)燒熔現(xiàn)象,針對(duì)該問題,分別進(jìn)行了基于怠速提升和階梯再生的DPF再生溫度控制方法的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用這兩種方法均可以有效避免載體因溫度和溫度梯度迅速升高而發(fā)生燒裂的風(fēng)險(xiǎn)。最后,為了確保排氣后處理系統(tǒng)在整車運(yùn)行時(shí)能夠正常工作,以滿足法規(guī)要求,對(duì)后處理系統(tǒng)的熱量管理及控制策略在整車上的應(yīng)用效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究�；跉W六排放法規(guī)中的PEMS道路試驗(yàn)要求,首先試驗(yàn)研究了整車運(yùn)行環(huán)境下,進(jìn)氣節(jié)流閥與后噴相結(jié)合的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度管理措施、逆流式催化轉(zhuǎn)化器、基于氨儲(chǔ)值閉環(huán)的尿素噴射控制策略等方案對(duì)NOx減排的實(shí)際應(yīng)用效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,測(cè)試循環(huán)下的NOx有效窗口排放平均值為0.45g/kWh,且各有效窗口排放值均小于限值0.6g/kWh,滿足歐六排放法規(guī)的要求。其次試驗(yàn)研究了整車運(yùn)行環(huán)境下,DPF碳載量模型和主動(dòng)再生溫度控制方法對(duì)DPF安全再生的實(shí)際應(yīng)用效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,整個(gè)運(yùn)行過程中碳載量的計(jì)算結(jié)果和測(cè)量結(jié)果吻合較好,兩者間的平均偏差約為4.0g,DPF碳載量模型可以準(zhǔn)確判斷整車運(yùn)行過程中累積的碳載量；DPF主動(dòng)再生時(shí),通過進(jìn)氣節(jié)流閥和后噴相結(jié)合的排氣溫度控制措施,DOC前的平均排氣溫度可提高到320℃左右,實(shí)現(xiàn)了DPF連續(xù)快速地再生,同時(shí)發(fā)生DTI時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速可穩(wěn)定在1100r/min,達(dá)到DPF安全再生的目的。
【關(guān)鍵詞】：排氣溫度控制 SCR DPF 物理模型 碳載量模型 DTI
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK421
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 符號(hào)說明16-18
• 第1章 緒論18-38
• 1.1 引言18
• 1.2 排放法規(guī)及技術(shù)路線18-22
• 1.2.1 重型柴油機(jī)排放法規(guī)18-21
• 1.2.2 歐六柴油機(jī)排放控制技術(shù)路線21-22
• 1.3 排氣后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀22-36
• 1.3.1 SCR關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展22-30
• 1.3.2 DPF關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展30-34
• 1.3.3 DPF和SCR集成技術(shù)的發(fā)展34-36
• 1.4 選題背景和研究思路36-38
• 1.4.1 論文選題的背景和意義36-37
• 1.4.2 研究思路37-38
• 第2章 排氣溫度管理控制措施研究38-50
• 2.1 引言38
• 2.2 試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)的建立38-40
• 2.3 管理措施對(duì)排氣溫度的影響40-47
• 2.3.1 試驗(yàn)方法40-41
• 2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析41-47
• 2.4 WHTC測(cè)試循環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證47-49
• 2.4.1 排氣溫度對(duì)比47-48
• 2.4.2 氧氣濃度對(duì)比48
• 2.4.3 排放和油耗對(duì)比48-49
• 2.5 本章小結(jié)49-50
• 第3章 SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)50-80
• 3.1 引言50
• 3.2 SCR催化轉(zhuǎn)化器50-64
• 3.2.1 逆流式SCR催化轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)50-53
• 3.2.2 SCR催化器的CFD分析53-59
• 3.2.3 SCR催化器試驗(yàn)驗(yàn)證59-64
• 3.3 SCR動(dòng)力學(xué)模型的建立64-78
• 3.3.1 SCR溫度模型64-68
• 3.3.2 SCR化學(xué)反應(yīng)模型68-78
• 3.4 WHTC測(cè)試循環(huán)下排氣溫度控制78-79
• 3.4.1 排氣溫度調(diào)整方法78
• 3.4.2 測(cè)試循環(huán)下NOx排放78-79
• 3.5 本章小結(jié)79-80
• 第4章 基于溫度控制的DPF再生研究80-108
• 4.1 引言80
• 4.2 DPF碳載量模型80-91
• 4.2.1 模型的建立80-89
• 4.2.2 WHTC測(cè)試循環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證89-91
• 4.3 排氣溫度對(duì)被動(dòng)再生影響的研究91-94
• 4.3.1 不同溫度下的碳載量平衡點(diǎn)92-93
• 4.3.2 WHTC測(cè)試循環(huán)被動(dòng)再生試驗(yàn)驗(yàn)證93-94
• 4.4 DPF主動(dòng)再生溫度控制方法研究94-107
• 4.4.1 DPF進(jìn)口端排氣溫度的控制方法95-96
• 4.4.2 基于怠速提升的DPF再生溫度控制方法96-102
• 4.4.3 基于階梯再生的DPF再生溫度控制方法102-107
• 4.5 本章小結(jié)107-108
• 第5章 基于PEMS的柴油機(jī)排放控制試驗(yàn)研究108-124
• 5.1 引言108
• 5.2 整車PEMS試驗(yàn)研究108-114
• 5.2.1 試驗(yàn)對(duì)象及裝置108-109
• 5.2.2 試驗(yàn)方法109-110
• 5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析110-114
• 5.3 整車再生試驗(yàn)研究114-121
• 5.3.1 試驗(yàn)對(duì)象及裝置114
• 5.3.2 試驗(yàn)方法114-115
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析115-121
• 5.4 本章小結(jié)121-124
• 第6章 全文總結(jié)與工作展望124-128
• 6.1 全文總結(jié)124-126
• 6.2 論文的創(chuàng)新之處126
• 6.3 后續(xù)工作展望126-128
• 參考文獻(xiàn)128-136
• 致謝136-138
• 攻讀博士學(xué)位期間主要成果138-139
• 論文138
• 獎(jiǎng)勵(lì)138-139
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表139

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 帥石金;唐韜;趙彥光;華倫;;柴油車排放法規(guī)及后處理技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J];汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào);2012年03期

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本文編號(hào)：622492