复合氧化物净化柴油机排气污染物研究

论文摘要

柴油机的排气污染物主要是PM和NOx,高达汽油机的50倍之多,所以对柴油机排气污染物的控制主要集中在对PM和NOx的控制上。相应的控制方法分为机内控制技术和机外控制技术,国内外对PM的控制主要是通过优化燃烧和采用微粒捕集器(DPF)进行捕集的方法,对于NOx的控制主要是运用选择性催化还原技术(SCR)和废气再循环技术(EGR)进行控制。由于柴油机的燃烧属于富氧燃烧,可用氧化催化转化器(OCC)进行处理,消耗微粒中的可溶性有机成分SOF来降低微粒排放,同时也降低HC和CO的排放。虽然氧化催化转化器对微粒的净化效果远远不如微粒捕集器,但由于碳氢化合物的起燃温度较低(在170℃以下就可再生),所以氧化催化转化器不需要昂贵的再生系统,投资费用较低。而用在氧化催化剂中的催化剂有贵金属催化剂和近年来关注的稀土催化剂,贵金属催化剂抗硫中毒能力不如稀土,实验表明钙钛矿型复合氧化物催化剂催化效果比较好,而且我国稀土资源丰富,所以本文选用了钙钛矿型复合氧化物La0.9K0.1Co03作为催化剂。但无论是贵金属催化剂还是稀土催化剂,其催化效果都很大程度低依赖于柴油机的排气温度,而柴油机的排气温度是比较低的,尤其是中轻型柴油机,一般在中低转速和负荷的工况下,排气温度很难达到催化剂比较好的工作温度,所以本文提出了电加热催化剂的方案,即在柴油机排气温度低的情况下用电加热的方式来提高催化剂的温度以改善催化效果,采用的电加热装置为不锈钢电热管,并在发动机台架上做了对比实验,在同样的工况下对比不对催化剂加热和对其加热之后柴油机排放的变化情况,验证电加热方案的可行性,实验结果表明,当电加热温度上升到400℃以上,催化剂的催化效果明显改善,尤其对NOx的催还转化效率明显提高。最后本文针对电加热温度的控制做了分析,提出了简单可靠的继电器控制的方法和精确度高的PID闭环控制方法,通过对比这两种控制方法和对本文电加热系统特性和要求的分析,认为采取继电器控制的方法对电加热温度进行控制是比较合适的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 国内外柴油汽车的发展概述
• 1.3 柴油机的主要技术路线
• 1.4 柴油机尾气污染控制技术介绍
• 1.4.1 改善燃油品质
• 1.4.2 机内控制技术
• 1.4.3 机外控制技术
• 第2章 柴油机排气污染物分析以及排放法规介绍
• 2.1 污染物的生成机理
• 2.1.1 CO的生成机理
• 2.1.2 HC的生成机理
• x的生成机理'>2.1.3 NO_x的生成机理
• 2.1.4 PM的组成以及生成机理
• 2.2 排放法规简介
• 第3章 本文尾气净化方案分析
• 3.1 本文净化方案
• 3.2 催化转化器的净化机理
• 3.3 催化氧化转化器结构
• 3.3.1 载体
• 3.3.2 涂层
• 3.3.3 催化剂
• 3.3.4 助剂
• 3.4 催化剂的温度效应
• 第4章 实验方案的设计
• 4.1 方案一:陶瓷管加热排气
• 4.2 方案二:电加热管加热催化剂载体
• 4.2.1 电热管的安装
• 4.2.2 电热管功率的选择
• 第5章 发动机台架实验
• 5.1 实验装置
• 5.2 实验方案以及步骤
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 实验步骤
• 第6章 电加热温度控制策略分析
• 6.1 控制策略简介
• 6.1.1 继电器控制
• 6.1.2 PID控制简介
• 6.2 控制策略分析
• 6.2.1 继电器控制分析
• 6.2.2 PID控制分析
• 6.3 本文被控系统特性分析
• 6.4 控制方案
• 6.4.1 方案一:继电器控制
• 6.4.2 方案二:PID控制
• 6.4.3 控制方案的对比分析
• 第7章 总结和展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 存在的问题以及未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录