1、柴油機(jī)由于具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)在商用車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但柴油機(jī)NOx和PM排放污染問題也隨商用車保有量的不斷增加日益嚴(yán)重，重型柴油機(jī)的排放問題尤為顯著。為了降低NOx和PM排放，我國(guó)已經(jīng)全面執(zhí)行國(guó)四排放法規(guī)，北京等地區(qū)計(jì)劃率先執(zhí)行京六（歐六）排放法規(guī)，我國(guó)重型柴油機(jī)第六階段排放法規(guī)也在制定中。歐洲在2014年已執(zhí)行歐六排放法規(guī)，滿足歐六排放法規(guī)的主流后處理技術(shù)為DPF耦合SCR技術(shù)。我國(guó)對(duì)DPF和SCR技術(shù)開展了

2、一定的研究工作，為我國(guó)第六階段排放法規(guī)的執(zhí)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但針對(duì)歐六柴油機(jī)的DPF和SCR核心技術(shù)還缺乏系統(tǒng)相關(guān)性研究，與國(guó)外相比存在較大差距。在DPF耦合SCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)歐六柴油機(jī)排放的應(yīng)用過程中，面臨的主要問題是如何提高低負(fù)荷工況下SCR轉(zhuǎn)化效率和實(shí)現(xiàn)DPF安全再生。導(dǎo)致SCR轉(zhuǎn)化效率低的主要原因是歐六法規(guī)規(guī)定的測(cè)試循環(huán)下排氣溫度較低，催化劑性能無法充分發(fā)揮，而導(dǎo)致DPF不能成功再生或再生時(shí)載體燒裂、燒熔的主要原因是再生時(shí)溫度得不

3、到合理控制。由此可見，后處理系統(tǒng)熱理管理及控制是DPF耦合SCR實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)歐六排放的關(guān)鍵問題。本文主要圍繞歐六柴油機(jī)后處理系統(tǒng)熱理管理及控制策略開展研究。
　　首先，針對(duì)SCR和DPF對(duì)溫度的需求，通過試驗(yàn)研究了進(jìn)氣節(jié)流閥、噴油提前角、噴射壓力和后噴等排氣溫度管理主動(dòng)控制措施對(duì)排氣溫度和燃油消耗的影響，以排氣溫度提升效果和燃油消耗增加情況作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出了進(jìn)氣節(jié)流閥和后噴相結(jié)合的排氣溫度提升方案，并通過WHTC瞬態(tài)工況測(cè)試循環(huán)進(jìn)

4、行了試驗(yàn)驗(yàn)證，該方案在燃油消耗增加不明顯的情況下，可以有效提高排氣溫度，為SCR低負(fù)荷應(yīng)用和DPF再生提供必要的溫度條件。
　　為了充分利用排氣熱能將噴射的尿素溶液完全蒸發(fā)釋放出NH3，提出了一種逆流式結(jié)構(gòu)的尿素混合解決方案，該方案能夠促使尿素與排氣充分地混合、破碎、熱解和水解，生成的NH3均勻地分布在催化劑的前端面，提高轉(zhuǎn)化效率并降低尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，與緊耦型結(jié)構(gòu)相比，逆流式結(jié)構(gòu)在WHSC和WHTC測(cè)試循環(huán)下

5、的NOx轉(zhuǎn)化效率分別提高了約60.3％和69.4％，且有效避免了尿素結(jié)晶等沉積物的形成。其次，通過對(duì)催化劑化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究，建立了SCR動(dòng)力學(xué)模型，基于此逆流式結(jié)構(gòu)的尿素混合方案，用SCR動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算分析了WHTC瞬態(tài)測(cè)試循環(huán)下排氣溫度對(duì)NOx排放的影響，提出了溫度改善方案，以滿足SCR轉(zhuǎn)化效率對(duì)溫度的要求，同時(shí)為基于氨儲(chǔ)值閉環(huán)的尿素噴射控制策略提供了模型。
　　實(shí)現(xiàn)DPF安全再生的關(guān)鍵是溫度的控制，但前提條件是準(zhǔn)確判斷DPF

6、內(nèi)的碳載量，針對(duì)該問題，建立了DPF碳載量理論計(jì)算模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，WHTC測(cè)試循環(huán)下DPF碳煙累積過程中，DPF碳載量計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果間的偏差均值在3.4％左右，可以實(shí)現(xiàn)DPF主動(dòng)再生觸發(fā)時(shí)刻判斷的準(zhǔn)確性。并基于此模型研究了排氣溫度對(duì)DPF被動(dòng)再生的影響，為實(shí)現(xiàn)純被動(dòng)再生對(duì)排氣溫度的需求提供了依據(jù)。在DPF主動(dòng)再生過程中，柴油機(jī)運(yùn)行工況突然降至怠速狀態(tài)，會(huì)使DPF內(nèi)部溫度峰值和溫度梯度迅速升高，易導(dǎo)致DPF出現(xiàn)燒

7、熔現(xiàn)象，針對(duì)該問題，分別進(jìn)行了基于怠速提升和階梯再生的DPF再生溫度控制方法的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用這兩種方法均可以有效避免載體因溫度和溫度梯度迅速升高而發(fā)生燒裂的風(fēng)險(xiǎn)。
　　最后，為了確保排氣后處理系統(tǒng)在整車運(yùn)行時(shí)能夠正常工作，以滿足法規(guī)要求，對(duì)后處理系統(tǒng)的熱量管理及控制策略在整車上的應(yīng)用效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。基于歐六排放法規(guī)中的PEMS道路試驗(yàn)要求，首先試驗(yàn)研究了整車運(yùn)行環(huán)境下，進(jìn)氣節(jié)流閥與后噴相結(jié)合的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度管理措

8、施、逆流式催化轉(zhuǎn)化器、基于氨儲(chǔ)值閉環(huán)的尿素噴射控制策略等方案對(duì)NOx減排的實(shí)際應(yīng)用效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)試循環(huán)下的NOx有效窗口排放平均值為0.45g/kWh，且各有效窗口排放值均小于限值0.6g/kWh，滿足歐六排放法規(guī)的要求。其次試驗(yàn)研究了整車運(yùn)行環(huán)境下，DPF碳載量模型和主動(dòng)再生溫度控制方法對(duì)DPF安全再生的實(shí)際應(yīng)用效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，整個(gè)運(yùn)行過程中碳載量的計(jì)算結(jié)果和測(cè)量結(jié)果吻合較好，兩者間的平均偏差約為4.0g，DPF碳載量模型