NTP技术降低柴油机PM排放及低温再生DPF的研究

针对柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)传统再生方法的缺陷,根据低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)放电理论,探索了NTP低温再生DPF技术。从化学反应动力学角度探讨了基于NTP技术的DPF再生反应机理,并利用现代测试分析技术研究了NTP对颗粒物(particulate matter,PM)质量粒径分布、微观形貌、碳结构及表面官能团演变的作用规律。建立NTP技术再生DPF的试验系统,对已捕集PM的DPF进行再生试验研究。通过监测PM的氧化分解产物CO、CO2的体积分数和DPF的内部温度,结合DPF的背压变化,研究不同再生初始温度下的PM氧化分解特性和DPF再生特性,并考察NTP技术对DPF再生的安全性。研究结果表明,NTP技术可有效分解柴油机排气中的PM,显著降低DPF的再生温度,且无需催化剂。这为DPF再生提供了新的研究途径。     

柴油机排气低温等离子体净化技术

低温等离子体技术是一项全新的柴油机排气后处理净化技术，它能同时对柴油机的多种排放有害物进行净化。本文介绍NTP净化排气的机理，并对NTP柴油机排气净化应用研究的关键技术进行了详细阐述。     

柴油机微粒捕捉器主动再生特性的计算与分析

对柴油机排气微粒捕捉器（DPF）的主动再生特性进行了研究,建立了DPF主动再生数学模型,具体分析了柴油机转速、排气中的氧气浓度、DPF的微粒沉积量、微粒的活化能以及柴油机排气温度等参数对DPF主动再生特性的影响。结果表明,通过适当推迟柴油机喷油提前角以提高其排气温度,并辅以燃油加剂或利用催化剂降低微粒的活化能,在适当的条件下,进行DPF的主动再生是可行的。     

负荷对柴油机微粒捕集器再生的影响

分别在柴油机25%、50%、75%、100%负荷下,对柴油机微粒捕集器(DPF)进行了PM采样试验。以氧气为气源,利用自行设计的低温等离子体(NTP)喷射系统,对采样后的DPF进行再生试验。通过测量再生产物中碳氧化物(CO_x)体积分数的变化,分析了柴油机负荷对PM分解和DPF再生的影响。研究结果表明:随着负荷的增加,CO物质的量先减小后趋于平稳,CO_2物质的量呈先增大后减小的趋势;当负荷为50%时,CO_x物质的量较大,PM被氧化分解的量较多,DPF的再生效果较好。NTP活性物质对柴油机中等负荷下PM的氧化分解能力较为显著。     

NTP再生DPF孔道内沉积颗粒物的理化特性

利用低温等离子体(NTP)喷射系统对已捕集颗粒物(PM)的柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了低温(100℃)再生试验，并对DPF孔道内不同再生阶段的颗粒沉积物取样分析，通过热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱分析仪探究了DPF孔道内颗粒沉积物的氧化特性、纳米结构及石墨化程度的理化特性变化规律．结果表明：随着NTP再生DPF阶段的推进，DPF孔道内颗粒沉积物中元素碳(EC)组分的最大氧化速率温度(T_max)和燃尽温度(T_e)均明显降低．颗粒物团絮结构中较为薄弱的部分在NTP氧化作用下先断裂，分解成链状结构；初级碳颗粒的平均微晶长度减小，平均微晶层面间距增大．由于NTP活性物质O不断键入PM中，在PM微晶边缘处生成新的含氧官能团，使得PM样品的无序程度及无定型碳含量增加，PM的氧化活性提高．     

半流式DPF排气背压和过滤效率公式的建立

分析了半流式DPF的工作原理,建立了其排气背压和过滤效率的数学公式,试验验证了公式的正确性,能够较准确地计算半流式DPF的排气背压和过滤效率;半流式DPF在柴油机排气后处理领域有良好应用效果.     

GW4D20轿车柴油机颗粒物捕集器压降特性仿真分析

本研究用三维CFD软件AVL FIRE对GW4D20轿车柴油机微粒捕集器(DPF)的压降特性进行分析.研究因素为:发动机稳态工况的排气温度和排气流量、载体目数、载体壁厚、初始碳烟加载量对DPF载体压降的影响.得出:在发动机稳态工况下,随着排气质量流量和温度的增加,DPF的压降水平随之增加,DPF的压降增长速率随着温度的增长呈现先增大后减小的趋势;当DPF载体的目数和壁厚增加时,DPF压降逐渐增加;随着初始碳烟加载量的增加,DPF的压降逐渐增加,碳烟在DPF载体中的积累所带来的压降损失是DPF压降形成的主要因素.     

柴油车尾气微粒捕集器技术研究现状及发展趋势

柴油车微粒排放物严重地污染环境并危害人类健康,其净化技术一直是人们研究的热点问题.微粒捕集器(DPF)技术是满足未来车用柴油机严格排放法规的重要措施.本文首先介绍了DPF净化机理及其常用的过滤体材料;然后综述了DPF再生技术的研究现状,对各种再生技术进行了分析;最后展望了微粒捕集器再生技术的发展趋势,提出微米木长纤维碳化木DPF过滤效率高,排气背压小,使用寿命长,可为柴油机尾气净化开辟一个新的方向.     

基于正交最小二乘模型拟合的DPF故障诊断方法

根据柴油机颗粒过滤器(DPF)堵塞与泄漏故障型式开展了排气阻力试验和发动机台架试验,获取了排气流量、排气温度、排气压差等主要故障特征参数数据。通过与传统压降模型进行对比分析,将正交最小二乘方法应用于DPF的故障诊断,形成基于正交最小二乘模型拟合的DPF故障诊断方法,并用试验采集到的主要故障特征参数数据对模型拟合方法进行了可行性验证。通过定义一个错误系数向量,分析了广义故障空间中不同故障型式DPF所形成的故障区域,为DPF故障诊断技术的发展提供了理论依据。通过错误系数向量能够判断出故障程度及堵塞、泄漏等故障型式,基于该结果可以进行DPF故障诊断。     

载体配比及灰分对DPF压降及内部流场的影响

基于D30 TCI柴油机耦合氧化催化器(DOC)和柴油机颗粒捕集器(DPF)的试验台架,对3种不同结构DPF开展压降特性试验.并构建了DPF一维仿真模型及三维1/4孔道模型,研究了载体配比、载体孔密度对DPF压降及捕集特性的影响及载体配比及灰分沉积对DPF孔道内部气流运动及颗粒沉积特性的影响.结果表明:同一 DPF配比...     

Diesel particulate filter (DPF) regeneration using non-thermal plasma induced by dielectric barrier discharge

Based on indirect non-thermal plasma (NTP) technology, an experimental study of diesel particulate filter (DPF) regeneration was implemented by a dielectric barrier discharge (DBD) reactor with different O₂ flow rate strategies. Carbon deposition characteristics and parameters of the NTP injection system were discussed to facilitate further data analysis and calculation. DPF regeneration was then investigated by comparison analysis of deposit removal mass and backpressure variation. The physicochemical properties of deposit before and after NTP treatment were studied by thermogravimetric analysis (TGA). The results revealed that O₃ concentration decreased with the increase of O₂ flow rate, and the total output of O₃ presented a completely inverse trend when the O₂ flow rate was less than 10 L/min. Deposit removal mass and backpressure drop peaked at an O₂ flow rate of 10 L/min. Higher O₃ output contributed to a better regeneration effect at a higher O₂ flow rate. The soluble organic fraction (SOF) in the deposit obviously reduced after DPF regeneration. NTP treatment enhanced the oxidative activity of particulate matter (PM) both in SOF and dry soot (DS), which could accelerate the PM oxidation later. The results demonstrated effective DPF regeneration using a DBD-type NTP reactor with oxygen source, and the favorable PM oxidation effect was obtained after NTP treatment.     

船舶柴油机颗粒物排放法规及控制技术发展

介绍了国内外船舶柴油机颗粒物排放标准以及IMO黑炭新规的进展,指出:船舶柴油机颗粒物排放控制将成为船舶柴油机行业的重点研究方向之一;黑炭测量方法的研究非常迫切。介绍了可同时降低柴油机NO_x和颗粒物排放的SCRF技术(即将SCR催化剂涂覆在DPF上)。对高、中、低速船用柴油机排放颗粒粒径和数量浓度的分布特性进行了研究,并根据研究结果建议:在开发船用柴油机颗粒捕集器时,应根据颗粒粒径分布特性,适当调整过滤体微孔直径或增加再生频率。     

EGR+DPF系统降低柴油机的排放

柴油机具有良好的动力性和经济性,汽车柴油机已成为发展趋势,但柴油机NOx和颗粒(PM)的高排放成为制约柴油车发展的因素之一。随着机动车排放法规的日益严格,降低NOx和颗粒的排放成为现阶段柴油机汽车的主要研究课题。废气再循环(EGR)技术是现今降低柴油机NOx排放的有效方法之一,应用颗粒捕集器(DPF)可以有效的降低尾气中颗粒的排放。本文介绍了EGR技术和DPF技术的原理、特点,对不同工况下EGR对NOx排放进行了分析,同时对不同工况下颗粒捕集器的再生效率进行了研究,结果表明适宜的EGR率和颗粒再生效率才能同时降低柴油机NOx和PM的排放。     

NO2-Assisted Soot Regeneration Behavior in a Diesel Particulate Filter with Heavy-Duty Diesel Exhaust Gases

A major concern in operating a diesel engine is how to reduce the soot emission from the exhaust gases, as soot has a negative effect on both human health and the environment. More stringent emission regulations make the diesel particulate filter (DPF) an indispensable after-treatment component to reduce diesel soot from exhaust gases. The most important issue in developing an effective DPF, however, is regeneration technology to oxidize the diesel soot trapped in the filter, either periodically or continuously, during regular engine operations. Various methods exist for regenerating diesel soot captured by the filter. Of these, NO₂ is widely used for continuous regeneration of diesel soot since it can oxidize diesel soot at lower temperatures than the conventional oxidizer O₂ In this work, after introducing governing equations for trapping and regenerating diesel soot in the DPF, regeneration behavior is examined by changing such various parameters as exhaust gas temperature and O₂ concentration. Numerical investigation is then performed in order to find the optimum NO₂/soot ratio required for continuous regeneration of the soot deposited in the DPF.     

柴油机排气后处理技术的现状与发展

阐述了当今柴油机降低NOx和PM排放的各种后处理技术.介绍了同时降低NOx和PM的DPNR技术、SCRTR技术及低温等离子体技术,分析了这些技术的主要原理.简要介绍了德国EMITEC公司的PM-METALITTM颗粒捕集器及德尔福的DEC/LNX技术.指出了同时降低NOx和PM的后处理技术将成为未来研究的热点.     

灰分对柴油机颗粒物捕集器性能的影响

为了降低灰分对柴油机颗粒物捕集器(DPF)性能的影响,建立了DPF灰分和碳烟的数学模型,研究了灰分量、碳载量和灰分分布形态等多个因素对多种DPF性能的影响.结果表明:非对称孔结构(ACT)DPF增加了进/出口孔径比例有利于降低压降,但不利于捕集效率的提高;碳烟层的捕集效率高于灰分层,对称结构捕集效率高于ACT结构,低孔隙率捕集效率高于高孔隙率;灰分分布系数增加,DPF压降和捕集效率均上升,灰分分布系数对ACT结构DPF的影响小于对称结构;ACT结构有利于提升DPF容灰能力,延长清灰周期,提高经济性.     

欧Ⅳ轿车柴油机关键参数优化与匹配试验研究

在一款标定功率74kW、配置电控分配泵的欧Ⅲ柴油机基础上,通过采用第二代高压共轨(160MPa)燃油喷射装置、可变喷嘴截面涡轮增压器(VNT)等技术,并对关键零部件的局部结构设计予以优化改进.对喷油嘴伸出量(NTP)、喷油嘴流量、涡流比和涡轮增压器进行了综合性能匹配试验.结果表明,改进后的柴油机标定功率提升至98.2kW,排放满足欧Ⅳ法规,并且加装颗粒捕集器(DPF)后,具备从欧Ⅳ进一步升级至欧Ⅴ的潜能.     

灰分分布系数对柴油机性能的影响研究

通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的一维热力学仿真模型,研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响,并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响.结果表明:炭载量为6 g/L,灰分量为33 g/L时,DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升;随着灰分分布系...     

Microstructure and particle-laden flow in diesel particulate filter

Due to the public awareness with regard to harmful diesel emissions, more strict diesel emissions standards such as Euro V in 2008 are being set in the world. As one of the key technologies, a diesel particulate filter (DPF) has been developed to reduce particulate matters (PM) in the after-treatment of exhaust gas. Since the structure of the filter is small and complex, it is impossible to examine the phenomena inside the filter experimentally. In this study, we conducted fluid simulation in DPF. We used the lattice Boltzmann method (LBM). The microstructure of DPF was taken into account. The complex flow pattern appears by using the non-slip boundary condition on the filter wall surface. The soot accumulation was simulated to consider the PM trap in the diesel filter. Results show that the flow is largely changed due to soot deposition. As the soot concentration inside the filter is increased, the filter backpressure is increased.