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毕业论文网 > 文献综述 > 理工学类 > 能源与动力工程 > 正文

面向国六的轻型车排放技术路线的分析文献综述

 2020-04-14 09:04  

1.目的及意义

随着我国汽车保有量的不断增加,汽车尾气排放造成的大气污染也日益严重。为了应对这一问题,我国自2001年起开始实施轻型汽车污染物排放标准, 2016年12月23日,环境保护部和国家质检总局联合发布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(GB 18352.6-2016),简称国六标准。

与国五排放标准相比,国六标准除了排放限值更加严格,还有其它诸多不同之处。(1)排放测试循环发生变化。测试工况从NEDC循环变为 WLTC 循环,能更好地反映实际道路的驾驶行为特征和实际道路驾驶下污染物排放水平。(2)污染物测试种类增加及限值加严。点燃式与压燃式车辆采用同样的限值要求;要求限制的气态污染物增加了N2O;对所有型式轻型车的 PM 和PN均提出要求。(3)排放测试程序要求细化。调整了测试温度要求,提出了测试质量的概念,加强和改进了道路载荷确定程序,明确了车辆加油要求、电池充电要求,对手动挡车辆比国五基于车速固定换挡点更合理。(4)增加了实际道路行驶排放(RDE)。能更精确地反映轻型车的实际道路排放水平。(5)强化了对挥发性有机物(VOCs)排放控制要求。主要针对突出的汽油蒸发排放问题。(6)加严了OBD 控制要求。全面提升对车辆排放状态的实时监控能力。为了满足国六排放标准,需要从发动机机内净化技术和机外净化技术这两方面入手,而后者主要就是采用后处理装置对尾气进行净化。

在机内净化技术方面,目前国内原有发动机产品基本上无法满足国六排放要求,发动机本体的强度需要大幅提升,还需要升级电控燃油喷射系统。而在后处理技术方面,对于汽油机而言,以往采用的三元催化转化技术虽然能有效降低气态污染物CO、HC和NOx的排放,但针对国六标准新增的PM 和PN要求就无能为力了。为此,需要对发动机本体进行升级,再增加CGPF等后处理装置。对于柴油机,以往单一的后处理装置如DOC、DPF、LNT和SCR并不能完全满足排放要求,需要对几种后处理装置进行组合或者集成。还需要对后处理系统的转化效率、结构设计及成本方面作出相应的改变。

国内外的许多研究人员针对日益严格的汽车排放法规在后处理技术路线的研究方面完成了很多工作:

中国汽车技术研究中心、中国环境科学研究院和北京市机动车排放管理中心的温溢等人基于全流定容稀释采样测试系统,对满足国五排放标准的汽油车分别在WLTC 和 NEDC 工况下进行常规污染物测试并采集车辆的一些性能数据得出结论:汽油车在WLTC 工况的前 3 个阶段与NEDC 工况下的发动机转速,油温、进气量、负荷值都比较接近。但在 WLTC 的超高速阶段下,发动机的各项指标都会上升。在WLTC 下 THC、NOx 的排放值都小于NEDC 工况,但 CO 在 WLTC 工况下的排放值更高。各项污染物在两种工况下的冷启动阶段排放量相差不大,但WLTC 的超高速段容易引起车辆 CO 排放量的急剧上升。可见WLTC 的超高速工况对车辆排放特性和动力性能都影响较大,应成为今后研究的重点。

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的张洪洋等人通过数值模拟搭建了稀燃汽油机 TWC 及 LNT 模型,并分别从稀燃、浓燃以及稀、浓燃切换的角度,将两种布置方案TWC+LNT与 LNT加以对比,探究和分析 TWC 对后端LNT 工作过程的影响,得出如下结论:稀燃阶段中,TWC 有助于LNT 对 NOx 的吸附;浓燃阶段中,TWC 使得 LNT 的 NOx 脱附呈现前期减速、整体加速的效果;相同稀、浓燃时间比例条件下,绝对时间越长,TWC 越有助于促进LNT 对 NOx 的催化转化并提高LNT 吸附位失效后的 NOx 催化转化效率。

吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室的丁一峰等人通过进行缸内直喷汽油机怠速、额定转矩及常用工况下微粒排放测试,研究了三效催化器对微粒数量浓度和质量浓度的影响规律后得出如下结论:三效催化器对于粒径较小的核模态微粒,无论数量浓度和质量浓度均有较好的处理效果。 但对于粒径较大的聚集态微粒处理能力有限。随发动机转速和负荷的提髙,三效催化器对于微粒的处理能力显著降低,尤其在中、髙速大负荷工况,微粒数量浓度和质量浓度处理效率仅为10%左右。为满足后续更为严格的排放法规,缸内直喷汽油机需加装微粒捕集器等排放后处理装置。

天津职业技术师范大学汽车与交通学院的岳东鹏等人基于Matlab/Simullink软件建立了3种模型对稀燃汽油机NOx排放进行仿真,并与稀薄燃烧发动机台架试验结果进行对比,研究了LNT与EGR对稀燃汽油机NOx排放和燃油经济性的影响,得出如下结论:LNT对稀燃发动机的NOx排放有明显改善;NOx排放随EGR率增大而减小,但EGR率为15%或24%时燃油经济性恶化;LNT与EGR耦合,EGR率为8%时,稀燃汽油机的排放和燃油经济性达到最优。EGR率的增大对LNT的转化效率有负面影响,采用合适的EGR率结合LNT技术能同时提高稀燃汽油机的NOx排放性和燃油经济性。

泛亚汽车技术中有限公司的李晶等人针对影响GPF捕集效率的各个因素,如:载体结构(目数、尺寸、孔隙率、微孔径)、涂敷技术、整车布置位置,完成了5种不同的 GPF 设计应用方案,并在一辆搭载直喷涡轮增压发动机的汽油车上进行试验,得出了有关影响捕集效率因素的结论:入口温度越低,捕集效率越高;UFC位置的捕集效率高于CCC位置;壁厚越厚,捕集效率越高;孔径越小,孔隙率越低,捕集效率越高;体积越大,捕集效率越高;初始排放越高,捕集效率越高,但无益于尾气排放。

吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室的董鹏等人通过建立微粒捕集器捕集效率数学模型,结合发动机台架试验结果针对性地运用GT-Power 软件对微粒捕集器结构参数进行仿真分析,研究了微粒捕集器孔隙率和平均微孔直径等重要结构参数对微粒捕集效率、压降特性的影响规律。得出以下结论:当 GPF 载体壁面微孔平均直径一定时,随着孔隙率增大,碳烟捕集初始阶段微粒的捕集效率提高。但随着捕集过程的继续,GPF 排气背压显著升高,影响整机动力性和经济性。合理的孔隙率选择范围为0.4~0.5 左右。理论上微孔平均直径越小,GPF 捕集效果越好。但微孔平均直径过低将导致GPF 加工技术要求提高、生产制造成本增加,因此 GPF 载体微孔平均直径选择15~20um较为适宜。

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