利用機外廢氣凈化技術降低柴油機排放的試驗研究 (論文)

1、王江鈴 ：利用 機外廢 氣凈化技術降低柴油機排放 的試驗研究 尹 《設計研究 84，f —f —f —f —f利用機外廢氣凈化技術降低柴油機排放的試驗研究 S t u d yf o rEx t e r n a lEx ha u s tGa sCl e a n i n gTe c h n o l o g yo naDi e s e lEn g i n ef o rRe d u c i n gEmi s s i o n王 江鈴 ( 浙江新

2、 柴股 份有 限公 司)[ 摘要] 針 對增 壓 直噴 柴 油機 開展 全 面 凈化 的研 究 ，設 計 了一 套廢 氣再 循 環(huán) ( E GR) 結合 機 外廢 氣凈化 ( E G C) 系統(tǒng) ，該 系統(tǒng) 能在 柴 油 機 較 寬 轉 速 和 負荷 范 圍 內有 效 凈 化廢 氣排 放 。根 據 試驗 結果得 出 E GR 結合 E GC技 術在 降低 柴油機 的廢 氣排 放 方 面具 有很 大 突破 。[ 關鍵 詞] 增壓 直噴 柴

3、 油機 廢 氣再循 環(huán) 廢 氣凈化 排放 Ab s t r a c t ： Th et e c h n o l o g ya b o u tc l e a n i n ge x h a u s tg a se m i s s i o nh a sb e e nr e s e a r c h e da n du s e di nat u r b o c h a r g e dd i r e c t —i n i e c t e dd i

4、e s e le n g i n e ．AnE x h a u s tG a sRe c i r c u l a t i o n( E GR)wi t hE x —t e r n a lEx h a u s tGa sc l e a n i n g ( EGC)s y s t e m h a sb e e nd e s i g n e da n dt h i ss y s t e m c a nr e d u c ee mi s s

5、 i o no nal a r g es c a l eo fv e l o c i t ya n dl o a d ． Ac c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h ee x p e r i me n t s ，i th a sp r o v e dt h a tEGRwi t hEGCs y s t e m c a np e r f o r m ag r e a ta s p e c t

6、a tr e d u c i n gd i e s e le m i s s i o nc o n s i d e r a b l y ．Ke yw o r d s ： Tu r b o c h a r g e dDi r e c t— I n j e c t e dDi e s e lE n g i n eEx h a u s tG a sR e c i r c u l a t i o n( E GR)Ex h a u s tGa s

7、Cl e a n i n g ( EGC)Emi s s i o n1前 言 隨著 目前柴 油車 的 日益增 多 ，柴油 機排 出廢 氣 對 環(huán)境 造成 了嚴 重 污 染 問題 很 突 出 。柴 油機 的 C O和 HC排放 量 相 對 汽 油 機 來 說 要 少 得 多 ，但 NOx與 汽油 機在 同一數(shù) 量 級 ，而微 粒 ( P M )和 碳 煙 的 排 放要 比汽 油機 大幾 十倍 。因此柴 油機 的排 放控 制 重 點是 N

8、Ox與微 粒 。 降低 微 粒 和碳 煙排 放 與 改 善 柴 油機 燃燒 是一 致 的 ，不 過 NOx排 放 往 往 與 之 矛 盾 ，這 就為 柴油 機 的排放 控制 造成 特殊 的 困難 。廢 氣 再循 環(huán) ( E G R)技 術 可 有 效 降低 柴 油 機 NOx排 放 _ 1 。 ] 。柴油 機 的 微 粒 凈 化 多 采 用 機 外 后 處 理 方 式 ，而 柴油 機排 出的一氧 化碳 和未燃 碳 氫化合 物 的 凈 化

9、側 重 于柴 油機機 內的研究 ，機 外后 處理 方法 的 研 究頗 少 。在對 柴油 機排 氣微 粒凈 化 的 同時 ，也 不 能 忽視 對 一 氧 化 碳 和 未 燃 碳 氫 化 合 物 的 凈 化 。為 此 ，本 文采 用 E GR結 合 機外 廢 氣 凈 化 ( E GC ) 技 術 ，針對降低柴油機 N O x 、H C 、C O和微 粒排放 的 問題 開展 試 驗研究 。本 文 的研究 對象 為一 直列 4行程 增壓 直 噴

10、中冷 柴 油機 。該 柴 油 機 缸 徑 9 0 mm，行 程 1 0 0 mm， 總 排 量 2 ． 5 4 L，壓縮 比 1 7 ． 5 ，標 定 功率 ／ 轉 速 6 5 k W／3 2 0 0 r *mi n ～ ，最 大 扭 矩 ／ 轉 速 2 2 0 N *m／ ( 2 0 0 0~ 2 2 0 0 )r *mi n ～ ，中冷器 出 口最 高進 氣溫 度 ( 5 0±1 ) 。 C，怠 速轉 速 ( 7 7 0

11、~8 3 0 )r ／ mi n 。2E GC系統(tǒng)組成及功能 根 據柴 油機 排氣 廢氣 的特 點 ，設 計 了柴油 機排 出廢氣 凈化 系統(tǒng) 。設 計 的柴油 機廢氣 凈化 系統(tǒng) 由捕 集 器 、燃 燒 凈化 器組 成 ，與 E GR子 系 統(tǒng)共 用 一 個 E C U，凈化 系 統(tǒng) 如 圖 3所 示 。 當廢 氣 的 溫 度 小 于 7 0 0 ℃時 ，E C U 控 制液化 石 油氣 ( L P G) 閥門 開啟 和 點火 線 圈

12、開始 工作 ，液 化石 油氣 與空氣 混合 氣燃 燒 ，始 終保 持燃燒 凈 化 器 中廢 氣 的 溫度 為 7 0 0 ℃[ 5以上 ，此溫 度 對 微 粒 、HC、C O 的 凈 化 效 果 比較 好 。捕集 器 通 電一 段 時 間 后 ，按 照 預先 在 E C U 中設定 好 的時 間 間隔 ，捕 集器 電極 切斷 ，同時齒 輪 電機 啟動 ，定 時刮 刷轉 子旋轉 ，將 微粒 刮入燃 燒 凈化 王江鈴 ：利用 機外 廢氣凈化

13、技術降低柴油機排放 的試驗研究 的發(fā)動機油 門位置和轉速信號 ，在特性 圖中查表求 出相應 工況 下 的步進 電機轉 動步 數(shù)和 電磁 閥開啟 狀 態(tài) ，并 通過 驅 動 電路 使 步進 電機 帶動 的進 氣節(jié) 流 閥 和 組合 氣缸 閥到達指 定位 置 ，以保 證該 工 況下 的最 佳 E GR率 。電控系 統(tǒng) 還根 據 燃 燒 凈 化器 中廢 氣 的 溫 度 ，來控 制 L P G 閥 的開 啟 及 點 火 線 圈 的工 作 ，同時

14、還 根據 預先 設定 好 的時 間間 隔長度 對齒 輪 電機 ( 捕 集器 電極 )進行 控制 。4 試 驗 結 果 與 分 析 按 照 E UROⅢ排 放測 試 標 準 的工 況 試 驗 規(guī) 范 ，原 機 與加 E GR結合 E G C系 統(tǒng) 后 的 1 3工 況 排 放 對 比結果 見 表 1所 示 。 由 1 3工 況 測 試 結 果 可 知 ，NOx比原 機 降低 3 4，HC降 低 3 9，C O 降 低 4 1 ． 5，P

15、M 降 低 7 5。NOx 、 HC、C O 和 P M 的排放 均達 到 E UROⅢ標 準 。表 1 排放結果對比 ( 單位 ：g ／ k W． h )排放物 E UROm標 準 原機 E GR結合 E G CN0x5 ． O6 ． 7 44． 0 9H C 0 ． 6 6O ． 4 2O． 2 5CO 2 ． 1O ． 7 5O． 4 4PM O1 OO ． 2 30 ． 0 6 65結 論 ( a )雖 然廢氣 凈

16、化 子 系統(tǒng)需 要少 量 能源作 為 燃 料 ，但 它 的凈 化效果 是 明顯 的 ，而且解 決 了捕集 器 的 再 生 問 題 ， 并 大 副 降 低 了 微 粒 、 HC 和 C O排 放 。( b )試 驗 結 果 表 明 ，使 用 E GR 結 合 E GC系 統(tǒng) 后 ，柴油 機 的排 放 大 幅 降低 。充 分說 明 E G R 結 合 機 外廢氣 凈化 系統(tǒng) 在 不影 響柴 油機動 力性 和經 濟 性 的前 提下 ，解 決

17、了 降低 NOx與微 粒 排 放 的 矛 盾 問題 ，使 柴 油 機 的 排 放 全 面 達 到 了 E UROm標 準 的要求 ，并 接 近 E UR OI V標 準 ，在 柴 油 機 廢 氣 凈 化 方 面具有 良好 的應 用前 景 。參 考文獻 [ 1 ]劉巽俊 ，談減輕 我 國汽車用發(fā) 動機排放 污染 的實用 技 術 [ J ]．汽車技術 ，1 9 9 7 ，1 5 6 ( 2 ) ：1 ～4 ．r 2 ] Yo s h i o

18、S a t o ， Ak i r aN o d a ， Ta d a s h iS a k a mo t o ．C o mb u s —t i o na n dN0XEmi s s i o nCh a r a c t er i s t i c si naDIM e t h a n o lE n g i n eUs i n gS u p e r c h a r g i n gwi t hE G RE C ]． S AEp a —p e r

19、9 7 1 6 4 7， 1 9 9 7 ．I - 3 ] 陳群 ，劉巽俊 ，李駿 ．車用柴 油機 冷 E GR系統(tǒng) 的試驗 研究 [ J ]．汽車工程 ，2 0 0 1 ，2 3( 6 ) ：3 9 2 ~3 9 5 ．1 - 4 ]鄔靜川 ，鄧康耀 ． 開 發(fā) E G R、壓縮空 氣補氣技 術 ，綜 合治理 車用 柴油 機的有害排放 [ J ]，柴油 機設計 與制 造 ，2 0 0 1 ， ( 2 ) ：2 1 ～2 4 ．E 5

20、]錢耀 義 ，汽 車 發(fā) 動 機排 氣 污 染 與控 制 [ M]．北京 ：人 民交 通 出 版 社 ，1 9 8 7 ．[ 6 ]Mu r t a g hMa r t i nJe ta 1 ．D e v e l o p m e n to faD i e s e lP a r t i c u l a t eF i l t e rC o mp o s i t i o na n di t sE f f e c to nTh e r ma l

21、Du r a b i l i t ya n dF i l t r a t i o nP e r f o r m a n c eE c ]．S A Ep a p e r9 4 0 2 3 5 ，1 9 9 4 ．[ 7 ] Ha r d d e n b e r gH Oe ta 1 ．E x p e r i e n c ei nt h eD e v e l o p me n to fC e r a mi cF i b e rC o i

22、lP a r t i c u l a t eT r a p s[ c ] ．S AEp a —p e r87 001 5， 1 9 87 ．[ 8 ]王憲成 ，寧智 ，高希 彥等 ．柴油 機排氣 微粒凈 化金 屬 絲網捕集器的試驗研究 I - J ]．內燃 機學報 ，2 0 0 0 ( 2 ) ：1 23～ 1 2 6．[ 9 ]劉圣華 ，肖福 明 ，周龍保 等 ．低 溫等 離子技 術在 柴油 機顆粒排放 控制中應用 [ J ]．內燃機