DOC及POC对柴油机污染物CO和HC的影响_曲兴年.pdf

年第期 及 对柴油机污染物 和 的影响曲兴年，周明胜，李岩，汤书芳（潍柴动力扬州柴油机有限责任公司，山东 潍坊 ）摘要：柴油机的不断发展也给人类和地球环境带来了日益严重的污染问题，为了满足日益严苛的排放法规和更高的性能要求。本文重点通过 试验循环和稳态满载试验，研究不同的氧化催化器及颗粒物催化氧化器组合对柴油机污染物 和 的影响。关键词：柴油机；氧化催化器；颗粒物催化氧化器；中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：；作者简介：曲兴年（），男，汉族，黑龙江肇东人，高级工程师，硕士研究生，主要研究方向为内燃机的电控匹配标定及产品性能开发。前言柴油机后处理净化技术是指将柴油机排气引入后处理装置中，利用其物理或化学作用清除排气中的有害成分后再排入大气。目前，最有效的柴油机颗粒物后处理净化方法是过滤颗粒物，如颗粒物催化氧化器（，）和柴油机颗粒捕集器（，）。而一些非过滤性的净化技术也已被广泛应用在柴油机上，如氧化催化器（，）等。本 章 通 过 柴 油 机 台 架 试 验 研 究 了 加 装 、对柴油机排放特性的影响，分析不同后处理组合方案对柴油机排气污染物的影响。试验方案本次试验准备了种 及一种 ，将其编号为 、及 ，具体参数见表、表。表 参数催化器类型长度直径（）容积（）涂载量（）外观 /两端锥形 /两端锥形表 参数催化器类型长度直径（）涂层（）密度（）供应商 本研究采用对比的方法，分别对种 及种 进行组合实验，比较了不同后处理组合方案对柴油机排气污染物的影响。参照 工况法进行试验，分别选取 、三个转速，代表发动机的低、中、高转速，在每个工况运行时测量排气污染物的浓度、排气流量和输出功率，将测量值进行加权。试验工况如表 所示，由于在瞬态工况下柴油机的排放浓度会增加，同时催化氧化器的转化效率也会降低，所以在本次试验中同时进行 循环的瞬态试验。表 柴油机 试验循环工况表序号转速 负荷率 加权系数 （怠速）（转速）（转速）（转速）测量柴油机进气口处空气的绝对温度（，用表示）和干空气压（，用 表示），按照下述规定确定实验室大气因子：对于自然吸气和机械增压式发动机：（）（）/（/）带或不带进气中冷的涡轮增压式发动机：（）/（）/（/）实验室大气因子满足/条件时，试验有效。由于排气分析测试系统所给的、和浓度为干基浓度，和 为湿基浓度。根据 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.01.006内燃机与配件 测量方法，需要将干基转化成湿基。相关公式如下：（湿）（干）（/）/（）（/）/（）（/）/（/）（/）/（/）式中：为进气绝对湿度（水干空气）（）；为进气的相对湿度（）；为柴油机进气的饱和蒸气压力（）；为燃油流量（）；为湿空气进气流量（）；为干空气进气流量（）。后处理组合方案试验顺序表见表 表 后处理组合方案试验顺序表后处理器方案名称无 不同后处理装置对柴油机排放物的影响 对 排放的影响 是燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物和不完全燃烧产物，其生成主要是受混合气浓度的影响，且柴油机生成的 远小于汽油机。柴油机 排放浓度一般很低，当负荷很大接近冒烟界限时才会急剧增加。的生成机理可用如下的简化方程表示，其中表示烃基。（/）图 表示原机在 、三个转速分别在、负荷下 的比排放量。图 不同负荷下 的比排放量由图 可看出，在同一转速下，原机 的比排放量随负荷的增加而下降，这是由于低负荷时燃烧温度低导致 较高；原机在低转速小负荷的工况下，的比排放量最高达 ，而当转速保持低转速不变时，随着负荷的增加，的比排放量显著下降，增至全负荷时，的比排放量低至 ；中转速时 的比排放量较低转速时有所下降，同样，中转速时随着负荷的增加 的比排放随之降低，最低低至 ；高转速时 的 比 排 放 量 较 中 转 速 有 所 上 升，全 负 荷 时 达 。而当转速升高时，在负荷工况下原机 的排放量呈先降低后升高的趋势。这是由于柴油机在低负荷时，缸内可燃气体温度较低，燃烧不充分，产生较多的；而当发动机处于高转速时，由于混合气燃烧时间短，燃烧不充分，生成较多。当柴油机匹配四种后处理方案后，被 内的贵金属 氧化为 ，的比排放量在大多工况下接近于零。图 稳态循环、瞬态循环下 的比排放量图 为柴油机在不同后处理组合情况下，和 循环的 比排放量。从图中可看出，原机瞬态循环下 的比排放量明显高于原机稳态循环下的 比排放量。在稳态循环下，发动机加装（）、（）后，排放中 的含量大幅下降，其中经（）后处理器组合后，的降幅达 ，而经（）后处理组合后，的降幅达 ，经（）、（）这两种后处理组合后，较原排也有大幅降低，降幅分别达 、。在瞬态循环下，尾气经、四种后处理组合后，较原排而言，的比排放量大幅下降，降幅分别达 、。结果表明：及 对 都具有很好的催化氧 化 作 用，比 较和，和这 几 种 方 案，可 知 对 的催化氧化起主导作用，起辅助作用；比较和这两种方案，可以看出无论在瞬态循环还是稳态循环，方案对 的转化率明显要高于 方案，这表明 对 的转化效果与 中 的含量有关，在一定范围内 的含量越高，对 的催化氧化性越好。对 排放的影响柴油机的 排放主要是由于油束与空气混合不均导致混合气局部过浓或过稀，超过燃烧极限而未完全燃烧造成的。另一方面，火焰在壁面上的淬熄也导致部分混合气未燃或未完全燃烧。此外，喷油结束后喷油器压力容积室内仍然充满燃油，在燃烧和膨胀期间，受到缸内高温气体的影响加热气化后以液态或气态的形式穿过喷孔进入气缸，由于此时缸内的燃烧已接近终点，碳氢化合物被直接排出气缸。图 表示柴油机在 、三个转速分别在、负荷下的比排放量。从图中可看出，在低转速、低负荷的工况下，原机 的比排 放 量 达 ，在 全 负 荷 时 低 至 ；当发动机处于中转速、低负荷时，原机的比排放量较低达 ，同样的当负荷增加时，原机 年第期的比排放量随之降低，达 ；而当转速升高至高速转时，原机 的比排放量又有明显的增加，在低负荷时达 ，高负荷时达 。由此可以得出：在低、中、高转速下，原机的比排放量都随负荷的增加而降低；在低负荷下，随着转速的升高的比排放量也呈先降后升的趋势。出现这种现象是因为柴油机在低负荷时，循环喷油量减少，空燃比降低，混合气温度较低，燃烧不充分，所以造成 排放量较高；当转速升高时，温度上升，下降，但是随着转速进一步上升，缸内燃烧恶化，所以发动机在高转速时 的排放量也会增加。而当柴油机加装 、后，在低、中、高三种转速各负荷工况下比排放量较原机都有大幅度下降，从图中不难发现当发动机处于低速、中、高负荷时，四种后处理方案对均有较好的氧化效果，此时，经 和 催化氧化后排放量几乎为零，这是因为负荷越大，排气温度越高，催化剂的催化活性越强；在中转速各负荷工况下，的平均转化率达；而在高转速各负荷工况下，的平均转化率也达 以上。（）（）（）图 不同负荷下 的比排放量对加装四种不同组合后处理装置的柴油机进行 稳态测试循环及 瞬态测试循环，对比不同组合形式的 、在稳态循环与瞬态循环下对 排放的影响。由图 试验对比结果可看出，稳态循环试验下，在柴油机上加装 、后处理装置后，排放较原机都有不同程度的降低。其中、四种后处理方案的 比 排 放 量 分 别 降 低 、。在对比 和，和 的试验结果后，可以发现 对 的氧化作用明显优于 。在瞬态试验循环下，、四种后处理方案 的比排放量分别降低 、，可知 、在瞬态循环中对 的催化作用较稳态循环差。同时还可以看出，在瞬态循环下 对 的氧化作用明显优于 。图 稳态循环、瞬态循环下 的比排放量不论是稳态循环还是瞬态循环 方案对 的氧化效果明显要优于方案，这是因为 对的氧化性与 中 的含量有关，在一定范围内 的含量越高，对 的催化氧化性越好。结论加装后处理装置可以很好的降低柴油机尾气排放，但同时也会对柴油机的性能产生一定影响，本章通过在发动机台架上加装 ，测量柴油机性能及排放数据，分析得出以下结论：（）组合对 具有很好的催化氧化作用，其中 对 的催化氧化起主导作用，起辅助作用，且在一定范围内 中 含量越高，对 的氧化作用越好。（）原机状态的排放随负荷的增加而降低，加装 后，被催化氧化成 和 ，排放接近于零，对 的催化氧化作用优于 。参考文献：刘巽俊内燃机的排放与控制：机械工业出版社，倪计民汽车内燃机试验技术：同济大学出版社，杨挺然控制柴油机排放的技术分析交通节能与环保，（）：姚美红，刘建霞，林红旗柴油机 排放控制技术农机化研究，（）：赵航，王务林车用柴油机后处理技术：中国科学技术出版社，曲兴年基于燃烧系统优化和 匹配控制 柴油机排放的研究 江苏大学，霍少峰 柴油机氧化催化器及颗粒物氧化催化器对排放特性的影响 天津大学硕士论文