吸附还原催化转化器降低稀燃汽油机NOx排放机理模拟与实验研究

摘要

节能和环保是内燃机发展的主题.稀薄燃烧技术由于其能够很好地改善发动机的燃油经济性和排放特性而受到人们广泛的重视.而如何有效地降低稀燃条件下氮氧化物NOx排放已成为制约稀薄燃烧技术能否在内燃机上实际应用的关键. 本文在分析了稀燃吸附还原NOx催化转化器稀燃吸附和浓燃还原过程所进行的化学反应后,运用CHEMKIN化学反应动力学软件,对稀燃吸附还原NOx催化转化器内的催化反应机理进行了研究和模拟计算. 为了验证催化反应机理的正确与否,本文在课题组前期工作的基础上,首先通过应用可变进气结构在一台丰田8A-FE 16气门电控燃油喷射汽油机上,结合二次喷油专利技术实现了空燃比为24以下的汽油机准均质稀薄燃烧.为了使得稀燃汽油机在A/F浓、稀交替变换时,发动机对外输出的扭矩变化较小即发动机转速波动较小,研制了稀燃发动机电控系统,在A/F浓、稀交替变换时,电控系统自动调节节气门开度大小并推迟点火提前角,以保证发动机对外输出的扭矩变化较小.实现了稀燃汽油机空燃比阶跃变化时的恒扭矩技术. 通过测量某指定工况下吸附还原催化转化器出口的NOx浓度,并与该工况下的CHEMKIN模拟计算结果相比较.结果表明:该反应机理模型与实验结果具有很好的一致性.可用于实际稀燃汽油机控制稀燃吸附还原NOx催化转化器的控制策略.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.1.1内燃机节能的重要性

1.1.2控制内燃机排放的迫切性

1.2.1车用汽油机的研究动向

1.2车用汽油机稀薄燃烧技术

1.2.1稀薄燃烧技术的优越性

1.2.2稀薄燃烧发动机所面临的问题

1.3氮氧化物(NOx)生成机理

1.3.1高温N0(Thermal NO)

1.3.2激发NO(Prompt NO)

1.3.3燃料NO(Fuel NO)

1.4降低富氧条件下氮氧化物技术

1.4.1废气再循环EGR降低稀燃NOx排放技术

1.4.2降低富氧条件下(稀燃)氮氧化物的催化技术

1.5问题的提出及主要研究内容

1.5.1问题的提出

1.5.2本文的研究内容

第二章催化器模型的发展

2.1催化器简介

2.2催化器数学模型的发展状况

2.2.1传质、传热及化学反应模型

2.2.2流体动力学模型

2.3本章小结

第三章CHEMKI N系列软件包的构成及使用

3.1 CHEMKIN-Ⅰ

3.2 CHEMKIN-Ⅱ

3.3 CHEMKIN-Ⅲ

3.4 CHEMKIN 4.0

3.4.1 CHEMKIN软件结构

3.4.2 CHEMKIN软件的使用

3.5本章小结

第四章NOX吸附还原催化转化器反应机理研究

4.1三效催化转化器的工作原理

4.2 NOx吸附还原催化转化器的工作原理

4.3 NOx吸附还原催化转化器反应机理探讨

4.3.1 NOx的吸附机理

4.3.2 NOx的净化还原机理

4.4本章小结

第五章NOX吸附还原催化转化器反应机理模拟计算及实验研究

5.1汽油机准均质稀薄燃烧的实现

5.2空燃比浓稀状态转换时的恒扭矩技术

5.3 NOx吸附还原催化转化系统设计

5.4稀燃汽油机有害气体排放特性

5.5吸附还原催化转化器反应机理的实验研究

5.6吸附还原催化转化器变参数研究

5.6.1排气流量对吸附还原转化器的影响

5.6.2排气温度对吸附还原转化器的影响

5.6.3浓、稀燃绝对时间对吸附还原转化器的影响

5.6.4浓、稀燃时间比值对吸附还原转化器的影响

5.7本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目

致谢