本文關鍵詞：柴油機排氣后處理系統(tǒng)應用的關鍵科學問題研究

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【摘要】：隨著柴油機排放標準的不斷加嚴，僅靠機內凈化已經無法滿足要求，排氣后處理技術已經成為滿足排放法規(guī)的關鍵部件。由于重型柴油車在實際道路上的排放情況和柴油機在臺架上認證工況的差異，導致實際柴油機排放和柴油車排放之間的差異，例如POC可能出現(xiàn)“吹灰”的問題，尿素SCR系統(tǒng)則出現(xiàn)了沉積物堵塞排氣管路導致柴油機功率大幅度下降，以及在城市工況下由于交通狀況不良而導致實際NOx轉化效率低下，實際柴油車NOx排放高于預期的問題。論文以重型增壓中冷柴油機為研究對象，針對上述應用中的關鍵科學問題對柴油機排氣后處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)研究。 研究發(fā)現(xiàn)：在中高負荷下，POC能顯著提高柴油機排氣中NO2/NOx的比例，在大多數(shù)發(fā)動機工況下POC可以促進NO2的生成，經過POC后，NO2/NOx的比例平均升高了4.5倍左右。連續(xù)穩(wěn)態(tài)工況下POC后會頻繁出現(xiàn)瞬時異常顆粒物排放現(xiàn)象，異常排放階段顆粒物排放數(shù)量濃度可增加兩個數(shù)量級以上。POC后顆粒物數(shù)量濃度呈現(xiàn)隨時間增加而增加的趨勢，說明POC的綜合效率隨使用時間遞減。 使用傅立葉紅外技術和熱重分析聯(lián)用法，對尿素SCR系統(tǒng)沉積物的成分和成因進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)：SCR尿素噴嘴處沉積物的主要成分為尿素、縮二脲和三聚氰酸的混合物，排氣管壁處沉積物主要成分為三聚氰酸。尿素沉積的主要原因是低溫、尿素溶液蒸發(fā)吸熱及缺乏氣流擾動導致；三聚氰酸形成機理是在高溫下由尿素分解出的異氰酸直接聚合而成。 對尿素SCR系統(tǒng)低溫反應特性以及不同氨氮比對SCR影響的試驗研究結果發(fā)現(xiàn)：在200°C以下NOx轉化效率較低，氨氮比為1.0時不超過25%。在222°C以下氨氮比對NOx轉化效率影響并不明顯，，在234°C~270°C范圍，NOx轉化效率隨氨氮比的增加而呈升高趨勢，并且漲幅也隨溫度的升高而升高。ESC工況下，釩基SCR除了A25、B25、C25三個工況外其余工況下NOx轉化效率較高，而銅鐵復合SCR在這三個工況下的NOx轉化效率明顯高于釩基SCR，分別提高了7.9%，17.4%和24.1%。 尿素SCR儲氨特性的試驗研究結果發(fā)現(xiàn)：固定空速下，從尿素起噴到該工況下最大NOx轉化效率所用時間與達到飽和儲氨量的時間均隨溫度升高呈減小趨勢；各工況下飽和儲氨量隨溫度增加呈下降趨勢。固定催化劑入口溫度，從尿素起噴到該工況下最大NOx轉化效率所用時間與達到飽和儲氨量的時間均隨空速增加呈減小趨勢；各工況下飽和儲氨量隨空速增加呈下降趨勢。不同氨氮比下的氨泄漏量隨溫度的升高呈先升高后降低的趨勢，隨空速增加而升高。 利用AVLBoost軟件建立了SCR催化器反應模型，并基于MATLAB/Simulink軟件平臺建立了基于脈譜的SCR系統(tǒng)尿素噴射量控制策略模型，并與經過化學動力學參數(shù)優(yōu)化后的SCR催化反應模型進行耦合計算，進行了瞬態(tài)工況的離線仿真，實現(xiàn)了瞬態(tài)認證工況排放預測的目的。依據ETC和WHTC瞬態(tài)工況的原機試驗數(shù)據以及仿真后結果表明： WHTC試驗循環(huán)的平均溫度低于ETC，ETC循環(huán)的平均NOx轉化效率為83.88%，而熱啟和冷啟WHTC循環(huán)分別為76.57%和51.82%。 對加裝電加熱器（EHC）的尿素SCR系統(tǒng)的排放特性的試驗研究結果表明：在20000h-1空速下，開啟EHC后，SCR入口溫度平均提高了20°C左右；開啟EHC后，SCR入口溫度的升幅和NOx轉化效率升幅均隨著空速的升高呈降低趨勢，而NOx轉化效率的增幅隨入口溫度的升高而增加；EHC在較低空速下，以及SCR入口溫度高于180°C的工況下展現(xiàn)出較好的提高SCR低溫特性能力。
【關鍵詞】：柴油機排放 SCR POC 異常排放 沉積物 噴射策略
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK421.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-27
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 柴油機排氣后處理技術概述13-23
• 1.2.1 降低柴油機顆粒物排放的后處理裝置13-17
• 1.2.2 降低柴油機 NO_x 排放的后處理裝置17-21
• 1.2.3 SCR 還原反應的機理研究21
• 1.2.4 SCR 模擬仿真研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 論文選題的意義與主要研究內容23-24
• 1.4 論文主要研究內容24-27
• 第二章 柴油機加裝 POC 后的 NO_2排放特性與異常顆粒物排放27-41
• 2.1 試驗設備與方法27-31
• 2.2 試驗結果與分析31-39
• 2.2.1 加裝 POC 后柴油機常規(guī)污染物排放31
• 2.2.2 加裝 POC 后柴油機 NO_2排放特性研究31-34
• 2.2.3 加裝 POC 后顆粒物數(shù)量濃度粒徑分布34
• 2.2.4 加裝 POC 后柴油機異常顆粒物排放34-38
• 2.2.5 加裝 POC 后穩(wěn)態(tài)工況下顆粒物數(shù)量粒徑分布的變化38-39
• 2.3 本章小結39-41
• 第三章 尿素 SCR 系統(tǒng)沉積物成分及形成原因分析41-55
• 3.1 試驗系統(tǒng)與方法41-44
• 3.2 沉積物成分分析44-49
• 3.2.1 噴嘴處沉積物樣品試驗結果44-48
• 3.2.2 排氣管壁處沉積物樣品試驗結果48-49
• 3.3 沉積物形成原因分析49-51
• 3.3.1 噴嘴處沉積物形成原因分析49-50
• 3.3.2 排氣管壁處沉積物形成原因分析50-51
• 3.4 沉積物消除試驗51-54
• 3.5 本章小結54-55
• 第四章 尿素 SCR 系統(tǒng)低溫反應特性研究55-68
• 4.1 試驗設備與方法55-58
• 4.2 不同氨氮比下 SCR 系統(tǒng)溫度特性58-60
• 4.3 不同氨氮比下 SCR 系統(tǒng)空速特性60-64
• 4.4 不同氨氮比下 ESC 循環(huán)試驗結果64-66
• 4.5 本章小結66-68
• 第五章 尿素 SCR 系統(tǒng)儲氨特性與氨泄漏影響因素的試驗研究68-77
• 5.1 試驗設備與方法68-69
• 5.2 試驗結果與分析69-75
• 5.2.1 儲氨溫度特性69-71
• 5.2.2 儲氨空速特性71-73
• 5.2.3 氨泄漏影響因素分析73-75
• 5.3 本章小結75-77
• 第六章 SCR 系統(tǒng)建模與仿真77-99
• 6.1 SCR 反應模型搭建77-82
• 6.1.1 SCR 反應模型基本原理77-79
• 6.1.2 SCR 反應模型以及邊界條件79-82
• 6.2 SCR 反應模型參數(shù)優(yōu)化82-85
• 6.3 SCR 反應模型試驗驗證85-86
• 6.4 基于脈譜的 SCR 噴射策略研究86-90
• 6.4.1 SCR 尿素噴射量控制策略設計思路87-90
• 6.5 瞬態(tài)工況離線仿真90-97
• 6.6 本章小結97-99
• 第七章 加裝電加熱器后尿素 SCR 系統(tǒng)低溫特性研究99-108
• 7.1 試驗設備與方法99-100
• 7.2 測試步驟100
• 7.3 試驗結果與分析100-107
• 7.3.1 加裝 EHC 后 NO_x 轉化效率溫度特性100-104
• 7.3.2 加裝 EHC 后 NO_x 轉化效率空速特性104-107
• 7.4 本章小結107-108
• 第八章 結論與展望108-112
• 8.1 主要研究結論108-110
• 8.2 主要創(chuàng)新點110-111
• 8.3 研究工作展望111-112
• 參考文獻112-123
• 附錄 A 論文插圖清單123-126
• 附錄 B 論文表格清單126-127
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單127-128
• 致謝128-129
• 作者簡介129

【參考文獻】

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本文編號：766560