稀燃汽油机LNT催化器物理因素及进气组份影响模拟研究

摘要

内燃机在给人们的生活带来方便和舒适的同时，也带来了一定的能源与环境问题。这为内燃机领域相关工作者提出了新一轮的挑战，同时也为各类发动机缸内及后处理先进技术的发展创造了一次机遇。 乘用车的多数工况范围集中在中小负荷，汽油机在此工况下的泵吸、节流损失较大使得其比油耗较高。采用稀薄燃烧技术可以有效地降低中小负荷运行工况下的泵气损失，大幅提高其燃油经济性。但由于稀燃汽油机存在的氧阻抑现象而使得传统的三效催化器 TWC不能在偏离当量比的稀燃条件下有效的控制氮氧化物 NOx的排放，从而使得如何解决好稀燃汽油机的 NOx排放问题成为稀燃技术应用的研究热点。本文基于缩核模型建立了能准确模拟LNT工作过程的数值模型，对LNT的工作过程进行数值模拟，针对LNT的稀燃NOx吸附过程进行了详细的分析，并研究了入口边界气体温度、空速、LNT催化器长径比以及 CO2和水蒸气含量等对 LNT工作性能的影响，为 LNT的实际应用提供了理论依据。 本文研究了LNT入口边界气体温度对其工作性能的影响。结果表明：低温和高温条件下，LNT出口泄露的 NOx量较高，在泄露的 NOx中主要的成分为NO。在300℃-350℃温度区间内，NOx泄漏量较低，泄露的 NOx中 NO2的比例超过60%。此外还研究了 LNT入口边界气体空速对 LNT转化效率的影响，结果表明：当 LNT入口边界气体的空速增大时，LNT对 NOx的转化效率降低，配备不同排量发动机时需要选取相应规格的 LNT，以达到理想的 NOx净化效果。对于LNT催化器长径比的研究表明，当催化器体积一定时其长度增大，所对应的NOx泄漏量变大，对应的LNT工作效率降低。 本文还比较了CO2、水蒸气以及二者同时存在时对LNT吸附过程的影响。结果表明，CO2会显著降低LNT吸附效率，且降低的效果与CO2的浓度关系不大。水蒸气在一定程度上会降低LNT工作过程的吸附效率，其影响比CO2的影响小，且随着水蒸气含量增多LNT吸附效率降低更加明显。在CO2和水蒸气同时存在时，其吸附效率数值介于单独CO2条件和单独水蒸气条件二者之间。 对于 LNT的脱附过程，本文针对三种常用的还原性气体 H2、CO以及C3H6，研究了三种气体作为还原剂时 CO2和水蒸气对其工作过程的影响，结果表明，H2的还原性最强，CO还原性次之，C3H6的还原性很弱。CO2和水蒸气对于H2以及C3H6的还原过程影响不大，还原剂为CO时CO2含量越高NOx泄漏量和突释量越大，对应的脱附还原过程完成时间越短。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2 各国排放法规及油耗标准

1.3 汽油机稀薄燃烧技术

1.4 降低稀燃汽油机NOx排放的方法

1.5 本文的研究意义及主要研究内容

第二章 LNT工作模型的建立

2.1 LNT工作过程描述

2.2 LNT工作模型

2.3 模型搭建与试验设备

2.4 LNT工作过程化学反应及模型验证

2.5 本章小结

第三章 物理参数对LNT工作过程的影响

3.1 温度对LNT性能的影响

3.2 空速对LNT性能的影响

3.3 长径比对LNT性能的影响

3.4 本章小结

第四章 CO2和水蒸气对LNT吸附效率影响分析

4.1 LNT净化NOx机理

4.2 CO2对LNT工作过程的影响

4.3 水蒸气对LNT工作过程的影响

4.4 水蒸气和CO2对LNT工作过程的影响

4.5 本章小结

第五章 CO2和水蒸气对LNT还原效率影响分析

5.1 CO2和水蒸气对H2还原剂的影响

5.2 CO2和水蒸气对CO还原剂的影响

5.3 CO2和水蒸气对C3H6还原剂的影响

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢