车用柴油机选择性催化还原技术研究进展

选择性催化还原技术(SCR)是目前唯一可以同时改善柴油机排放和燃油经济性的氮氧化物(NOX)净化技术,而以NH3作为还原剂的SCR技术(NH3-SCR)又是目前最成熟,最具推广前景的SCR技术。文章详细阐述了用于车用柴油机的NH3-SCR技术的反应机理,介绍了温度对SCR反应的影响;列举了典型SCR系统的主要部件并介绍了各部分的功能,以及法规中对车用尿素水溶液(AdBlue)主要指标的规定;总结了目前应用较多的开环、闭环两种控制策略的工作流程及特点,并且分析了各自的优缺点;在柴油机后处理系统集成的角度对SCR与颗粒捕集器(DPF)的两种整合方案进行了分析,对比了两种方案的优缺点;最后分析了SCR技术目前存在的几个问题。     

基于DOC+CDPF+SCR技术的国Ⅴ排放重型柴油机气态物排放特性研究

基于DOC+CDPF+SCR后处理技术,在国V排放重型柴油机平台上研究了后处理装置三个测点:本机后、DOC+CDPF后以及SCR后的NOx、THC、CO、SO2、CO2以及醛类等气态物排放特性。研究结果表明:DOC+CDPF+SCR联合工作能够有效降低柴油机的NOx、THC、CO及SO2的排放,转化率分别达到91.8%、96.9%、99.9%和90.5%。SCR对柴油机排放中的NOx和SO2净化起主导作用,DOC+CDPF对THC和CO净化起主导作用。SCR对发动机背压的影响以及尿素的分解引起柴油机的CO2和醛类排放上升分别为3.1%和22.8%。     

柴油机排气控制的研究进展

伴随着柴油机排放标准的日益严格,柴油机排气控制愈来愈受到重视。对降低柴油机微粒和NOx排放的发动机改造、燃料改进和排气后处理技术进行了综述,并指出了今后的努力方向。     

采用SCR技术降低车用柴油机的NOx排放

NOx是车用柴油机排气中的主要有害排放物，机外措施是控制柴油机排放的有效措施，是柴油机排放控制的关键技术。文中重点介绍了降低车用柴油机NOx排放的机外措施之一选择催化还原(SCR)技术。     

甲醇柴油双燃料燃烧结合DOC/POC耦合大幅度减少发动机微粒排放的研究

对一台四缸增压中冷柴油机采用甲醇柴油双燃料模式,研究了甲醇替代率和柴油机氧化催化转化器耦合微粒催化转化器(DOC+POC)后处理装置对该发动机烟度和微粒数量、质量浓度的粒径分布特性的影响.试验结果表明,随甲醇替代率的增加,发动机烟度和微粒数浓度、质量浓度均有不同程度的降低,核态微粒浓度显著降低,聚集态微粒浓度基本保持不变.相比于DOC+POC对纯柴油发动机排气烟度25%左右的净化效率,在甲醇柴油双燃料模式下DOC+POC对排气烟度的平均净化效率在60%以上,最大达到96%,显示了该后处理技术在甲醇柴油双燃料模式下清洁排放的良好应用前景.     

中国重型柴油车后处理技术研究进展

我国柴油车（尤其是重型柴油车）污染问题突出,亟须重点控制.为此,对我国重型柴油车后处理技术的主要研究进展进行了综述与展望.结果显示:我国自柴油车国Ⅳ标准实施以来,后处理技术已经成为柴油车尾气污染控制的必备技术.目前发展出的主要后处理技术包括用于控制CO和HC排放的柴油机氧化催化剂（DOC）、用于控制PM排放的柴油颗粒捕集器（DPF）、用于控制NO_x排放的选择性催化还原技术（SCR）.我国国Ⅳ和国Ⅴ阶段主要采用SCR技术路线控制重型柴油车污染排放,而国Ⅵ阶段严苛的标准要求为柴油车污染物排放控制带来巨大挑战,需要将多种后处理技术进行耦合,并且需要将后处理系统与发动机系统进行融合.除柴油车新车外,我国在用柴油车也需要有针对性地开展污染治理,主要涉及NO_x和PM高效协同减排技术和排放在线监管技术.      

车用柴油机排放控制技术进展

本文对柴油机排气成分进行了分析,阐述了NOx与PM的生成机理,重点从燃油技术、机内净化技术、后处理技术三个方面对现代车用柴油机排放控制技术进行了介绍。     

柴油机选择性催化还原捕集技术(SDPF)的研究现状与发展趋势

日益严格的柴油机排放法规使得其主要排放污染物氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）限值进一步降低.目前去除NO_x的主要机外手段是选择性催化还原（SCR）技术,该技术通常在200℃以上才有良好的NO_x转化率,而在柴油机冷起动阶段,SCR入口的排气温度无法达到200℃,NO_x排放控制困难.尽管冷起动时间较短,但该阶段的NO_x排放量占比很高.在严格的排放法规要求下,冷起动阶段的NO_x排放控制日益受到关注.选择性催化还原捕集技术（SDPF）将SCR催化剂涂覆在壁流式颗粒捕集器（DPF）载体上,能够同时去除NO_x和PM.与SCR技术相比,SDPF更加靠近柴油机排气门,NO_x催化还原反应的温度得到有效提高.因此,SDPF成为了提高低温NO_x转化率的关键技术.本文从SDPF结构与原理、载体与催化剂、性能及影响因素、SDPF技术路线等四个方面展开综述.SDPF结构与原理方面,介绍了SDPF的基本结构和化学反应原理,并指出了该技术面临的主要挑战;SDPF载体与催化剂方面,阐述了常见的载体材料、SCR催化剂涂覆、载体结构参数设计和提高载体性能的膜技术,以及钒基、沸石基SCR催化剂的研究进展;SDPF性能及影响因素方面,对SDPF的碳烟氧化性能、NO_x还原性能、尿素混合性能和耐久性能进行了分析,需要重点优化碳烟氧化与NO_x还原之间的竞争性反应;SDPF技术路线方面,介绍了带有SDPF的后处理系统优化,尿素双喷技术、低温NO_x吸附、热管理等技术耦合SDPF能够进一步拓宽后处理系统的温度窗口,是满足未来超低排放法规的后处理技术发展趋势.     

几种典型发动机SCR尿素水解实验研究

尿素热解是现在选择性催化还原(SCR)反应机理的主要研究方向,有尿素结晶等很多副作用。为解决这一问题,在研究中采用尿素水解技术,并将尿素的分解过程和催化过程分开考虑。通过建立尿素水解与柴油机工况参数的映射脉谱,阐明柴油机尾气余热促进尿素水解只与发动机的排气温度和速度有关,与发动机的工况变化具有伴随关系,并通过试验研究了尿素水解与工况变化伴随关系在不同发动机上的可行性。结果表明,6缸柴油发动机的尿素水解随工况变化的伴随关系可以在全工况下进行。     

柴油机排气微粒收集消声装置的设计

介绍了柴油机排气微粒收集消声装置的特点、结构、工作原理和设计过程。柴油机排气微粒收集消声装置包括排气微粒收集装置、排气微粒收集再生和排气微粒收集控制装置,在柴油机排气离心力产生的旋转气流以及静电装置产生的电场的双重效用下,收集柴油机的排气微粒,自动控制排气微粒收集再生及控制装置,使收集的微粒燃烧,排放到大气中。通过柴油机排气微粒收集消声装置的试验表明:收集效率最高可达到98.1%,排气背压最高可达到3.7kPa,消声装置可达到90.2dB,试验证实本装置适合于柴油发电机和大中型柴油发动机。     

重型柴油车道路循环工况下排放特性的仿真分析

柴油车道路工况下NO_x排放和排温的动态特性对柴油机排气后处理系统的工作以及后处理系统控制策略的确定具有重要的影响.根据6114涡轮增压柴油机的万有特性及NO_x和排温的MAP图,仿真分析了道路循环工况下配有6114柴油机的重型柴油车的NO_x排放和排温的动态变化;研究了道路工况、行驶特征、驾驶行为以及柴油车载荷等对柴油车排放的影响规律.研究结果表明,城市道路循环工况下,柴油车NO_x排放的整体水平不高,但变化频繁、剧烈;高速公路道路循环工况下,柴油车NO_x排放整体水平较高,但变化平缓;加速过程,尤其是在高速区对柴油车排放的影响显著;冲动的驾驶方式会显著提高柴油车的排放水平;满载时,柴油车的高排放区将由半载时的高速高加速区向外扩展至其他工况点,高排放区显著增大.     

直喷式柴油机颗粒排放控制研究

简要分析了柴油机颗粒排放的形成机理，并评述了有关颗粒控制技术的前处理、机内控制和后处理方法。最后，指出有效降低颗粒排放的方向。     

满足重型柴油机超低排放法规的后处理技术现状与展望

柴油机排放污染物控制是全球应对大气环境恶化问题的重要解决方案之一。美国加利福尼亚州在2019年率先发布了针对超低排放要求的白皮书,建议将重型柴油机的NO_x排放继续降低90%,即最低达到0.027 g/（kW·h）。针对未来超低排放法规的技术要求,全球相关机构开展了大量的研发和试验工作,有效推动了排放控制技术的升级。从发动机后处理零部件的角度,总结了国内外相关文献及研究成果,提出发动机和后处理技术需联动升级,在加强发动机热管理的同时,降低原机NO_x排放。重点介绍了潜在的后处理技术解决方案,如NO_x吸附脱附技术和紧耦合SCR技术等控制低温NO_x排放的关键技术,灰分管理和PN控制相关的DPF控制技术,以及电加热催化器和燃烧器等可能应用于后处理系统的热管理技术,并对相关技术的优劣势进行了分析。     

柴油机颗粒捕集器(DPF)再生技术分析

颗粒物捕集器(DPF)是未来车用柴油机满足排放法规的重要措施,是解决其排气颗粒污染最有效的技术之一。文章介绍了DPF的净化机理,在对DPF各种再生技术原理、研究现状及其存在问题分析的基础上,指出微粒捕集器再生技术的发展趋势。     

Investigation to meet China II emission legislation for marine diesel engine with diesel methanol compound combustion technology

In order to reduce the pollutant emission and alleviate the pressure of petroleum resources shortage and greenhouse gas emission at the same time, the use of clean and renewable alternative fuel for marine engines is a promising option. In this study, a marine diesel engine, which was modified to run in diesel methanol compound combustion (DMCC) mode, was investigated. After the diesel injection parameters were calibrated, and combined with a sample after-treatment device DOC (diesel oxidation catalyst), the engine could meet the requirements of China II legislation. The overall MSP (methanol substitute percent) reached 54.1%. The value of each pollutant emission was much lower than that in China II emission legislation, and there was almost no methanol and formaldehyde emissions. When methanol was injected into the inlet manifold, the intake air temperature decreased a lot, as well as the exhaust gas temperature, which were beneficial to increase engine thermal efficiency and improve engine room environment. Compared with the engine running in pure diesel mode, when the engine ran in diesel/methanol dual fuel mode, the combustion phase was advanced, and the combustion duration became shorter. Therefore, the engine thermal efficiency increased, and fuel consumption decreased significantly.     

Advances in emission control of diesel vehicles in China

Diesel vehicles have caused serious environmental problems in China. Hence, the Chinese government has launched serious actions against air pollution and imposed more stringent regulations on diesel vehicle emissions in the latest China VI standard. To fulfill this stringent legislation, two major technical routes, including the exhaust gas recirculation (EGR) and high-efficiency selective catalytic reduction (SCR) routes, have been developed for diesel engines. Moreover, complicated aftertreatment technologies have also been developed, including use of a diesel oxidation catalyst (DOC) for controlling carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions, diesel particulate filter (DPF) for particle mass (PM) emission control, SCR for the control of NOx emission, and an ammonia slip catalyst (ASC) for the control of unreacted NH₃. Due to the stringent requirements of the China VI standard, the aftertreatment system needs to be more deeply integrated with the engine system. In the future, aftertreatment technologies will need further upgrades to fulfill the requirements of the near-zero emission target for diesel vehicles.     

乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气的排放特性

为降低柴油机排放对环境造成的污染,用乙醇部分替代柴油,探索了乙醇柴油混合燃料的制备方法,研究了掺混乙醇及助溶剂对柴油机排放的影响.结果表明:无水乙醇可以和柴油以任意比例混溶,但痕量水(0.2%)的添加即导致混合物分层,合成的有机助溶剂可保证乙醇-柴油-痕量水体系的稳定性基于台架实验,考察了掺混10%、20%、30%乙醇对燃料排放性能的影响乙醇的最佳掺混比为20%在额定工况点(功率为13kW,转速为1540r/min)时,掺混20%乙醇的混合燃料可降低烟度55%,降低HC排放70%,降低CO排放45%.不添加助溶剂时,乙醇的掺混导致排放尾气中产生乙醇、微量乙醛等有机物.而添加非金属离子助溶剂可使HC、乙醇、乙醛排放的浓度明显降低.