柴油机DPF后颗粒物排放研究

在一台满足欧Ⅵ排放标准的柴油机上燃用国Ⅴ柴油,带柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了欧洲稳态循环(ESC)、欧洲瞬态循环(ETC)、全球统一稳态循环(WHSC)和全球统一瞬态循环(WHTC)试验。试验结果表明:在试验循环的瞬态过程中,发动机排气经过DPF后,较大的排气背压变化率绝对值峰值仍会导致排气中出现颗粒物数量浓度瞬时峰值。ESC循环试验中平均粒径[50nm,80nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的90%,WHSC中平均粒径[60nm,110nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的87%,ETC在平均粒径[10nm,70nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的80%,WHTC在平均粒径[10nm,40nm]和[50nm,60nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的85%。     

DPF主动再生过程颗粒排放特性试验

通过柴油发动机台架,采用后喷助燃的再生方式研究了主动再生过程中柴油机颗粒捕集器(DPF)出口的颗粒排放特性.结果表明:在主动再生期间,DPF出口颗粒浓度可增加2~3个数量级;在升温过程和再生过程,出口颗粒物数量浓度和粒径分布会因为碳载量和再生温度的共同作用而表现出差异;升温过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起;再生过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起;整个再生期间,100 nm左右的积聚态颗粒物的排放主要由DPF载体内碳烟颗粒的逃逸引起.     

DPF分区再生性能的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,探索了柴油机颗粒捕集器(DPF)分区再生对再生性能的影响及其传热规律。试验结果表明:单区沉积再生时,Ⅰ区沉积和Ⅱ区沉积时容易出现较高的最高温度和最大温度梯度,同时再生效率也较高;沉积区域越偏离轴心,其再生效率越低。双区沉积再生时,沉积区域间距越小且越靠近轴心则越利于再生,再生效率也越高。多区沉积再生时,相比其他沉积情况,当Ⅱ区不沉积颗粒时,最高温度和最大温度梯度较低,同时具有较高的再生效率。DPF内部热量主要聚集在轴心末端位置,当DPF末端发生剧烈再生时热量具有向前传递的趋势。     

DPF主动再生温度控制试验研究

由于柴油机运行工况条件复杂,中、低负荷工况下排气温度较低,无法满足柴油机颗粒捕捉器（DPF）主动再生的温度要求,因此需要对再生温度控制进行系统研究。研究了稳态工况下通过调节柴油机后喷油量、节气门开度对DPF内部温度控制的影响,以实现DPF入口温度满足主动再生的要求;同时研究分析降怠速（DTI）工况下不同炭载量载体再生时,DPF内部温度变化情况,以提高DPF主动再生过程中的安全性。结果表明：调节柴油机后喷油量、节气门开度,能够有效控制DPF内部温度,DTI工况下炭载量是影响DPF内部最高温度的主要因素。     

DPF和CDPF主动再生排放特性对比分析

基于外加热源再生台架和颗粒物加载装置,探究了不同再生温度和碳载量下柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型DPF(CDPF)主动再生时出口气体和颗粒物排放特性．结果表明：催化剂铂(Pt)的涂敷有利于碳黑(PU)的氧化,在相同碳载量条件下,CDPF更易产生温度波峰,且再生效率略高于DPF;DPF再生过程中伴随着较高体积分数的CO排放,且升温阶段会出现一个低浓度的核模态颗粒排放窗口,后续再生阶段几乎无颗粒物释放;CDPF再生过程中几乎没有CO生成,但在再生阶段会伴随着大量的30 nm以下的小颗粒释放,且随着再生温度和碳载量的升高,CDPF出口颗粒物浓度逐渐升高．DPF和CDPF再生时分别具有不同优化窗口,既有利于减少颗粒物排放同时又保持较高的再生效率．     

柴油机排放颗粒物试验研究

为了适应国六阶段柴油机排放的要求,对某柴油机进行排放颗粒物台架试验,研究和测试进气相对湿度、进气阻力、排气背压、介质温度等参数对排放颗粒物的影响,并用同一台样机验证试验的有效性,试验结果表明:进气阻力、排气背压、介质温度3个参数对试验结果有一定影响,其中排气背压对试验结果影响较大,进气相对湿度对柴油机排放颗粒物排放基本无影响。研究成果有助于对减少柴油机颗粒排放的研究、设备故障的排查和管理。     

DPF热再生过程温度控制与试验

柴油机颗粒物捕集器(DPF)热再生发生时,其内部温度受DPF碳载量、排气温度和排气流量等影响,在特殊运行工况下具有较强非受控特性.为避免非受控再生引起的DPF失效风险,确保安全和可靠再生,通过降怠速(DTI)再生方式探讨了一种确定DPF安全再生温度的试验方法,得到安全再生温度曲线.针对DPF热再生过程中温度控制的大滞后特性,研究了一种采用发动机排气温度和排气流量作为增益补偿的优化热再生温度控制结构,并进行了控制算法的仿真分析和整车道路试验验证.结果表明:再生过程中对实际排气温度控制的超调量小于3%,稳态控制误差小于20℃,为促进DPF的安全和高效率再生提供了参考.     

微粒特性对DPF再生性能的影响

基于外加热源再生性能测试台架,实验研究了(碳黑)微粒特性对柴油机微粒捕集器(DPF)再生性能的影响规律,同时也比较了真实柴油机微粒与碳黑微粒在再生性能上的差异.结果表明,相同粒径而比表面积大的碳黑容易再生,其再生效率高,效能比(效率/能量)也高.模拟可溶性有机物(SOF)含量高的(模拟)碳黑容易再生,效能比高.模拟20%,SOF碳黑微粒热处理后更易于再生,再生效率高,效能比高.与碳黑相比,柴油机微粒更容易再生,再生效率高,效能比高.     

汽油机颗粒物数量排放及粒径的分布特性

采用 DMS500快速颗粒取样分析仪对一台气道喷射国Ⅲ汽油机进行了颗粒物粒径分布特性的试验研究.结果表明,汽油机排气中颗粒物以核态为主,仅部分工况存在积聚态.怠速时呈现包括核态和积聚态的双峰分布;低转速时表现为核态的单峰分布;中等转速时粒径分布范围扩大,既存在核态颗粒物,也存在积聚态颗粒物.相同转速下,随负荷的增加核态颗粒物数密度峰值先降低后增加;相同负荷下,随转速的升高核态颗粒物数密度峰值和峰值粒径均降低,积聚态颗粒物数密度峰值有增加的趋势.催化器对核态颗粒物的净化效果较好,对积聚态颗粒物的净化效果较差,对低转速下的粒径分布有明显影响     

重型国六发动机细颗粒物数量排放特性

选取了满足目前国六排放标准的重型柴油机和天然气发动机,在发动机台架上运行冷热态世界统一瞬态循环（world harmonized transient cycle, WHTC）,同时测量直径10 nm以上颗粒物数量（particle numbers with diameter above 10 nm, PN10）和直径23 nm以上颗粒物数量（particle numbers with diameter above 23 nm, PN23）。结果表明：该柴油机的PN10比排放比PN23高35.3%~105.4%;而天然气发动机PN10比排放较PN23高84.8%~1 400.0%,PN10和PN23的瞬态排放变化规律基本一致。天然气发动机冷起动时排气温度较低,且混合气加浓导致PN排放非常严重。尤其是对于高热值天然气,冷态WHTC下10 nm~23 nm的PN排放占总PN排放的93.3%,天然气发动机细颗粒物数量排放亟待进行管控。     

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。     

DPF再生时出口颗粒排放特性的试验

基于外加热源再生性能测试台架,采用便携式固体颗粒物计数仪,研究soot沉积方式和颗粒可溶性有机组分(SOF)对柴油机颗粒捕集器(DPF)出口颗粒排放的影响.结果表明:无过渡段沉积后,DPF再生效率和总质量浓度随再生温度增加而增加,升温阶段出口颗粒物以核态为主,再生阶段DPF载体内部出现温度波峰且出口颗粒物以积聚态为主;添加50 cm过渡段沉积后,再生效率和总质量浓度同样随再生温度增加而增加,575℃以下再生时,升温和再生阶段出口颗粒物均以核态为主;575℃再生时,升温阶段颗粒物以核态为主,再生阶段以积聚态为主.SOF能促进DPF再生,其质量分数越高,DPF再生效率和总质量浓度越高,再生时出口颗粒物趋向于核态.     

柴油机DPF驻车再生排气热管理策略试验研究

在一台非道路国四高压共轨柴油机上,利用试验台架研究颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中不同排气热管理策略对氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度及排放的影响。结果表明,合适的再生转速、节气门关闭角度及喷油参数对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著。研究结果可以对柴油机DPF驻车再生排气热管理策略的制定和优化提供指导。     

尾管喷油方式DPF再生的理论与试验研究

提出了以DPF前端温度作为控制目标的尾管喷油DPF再生方法。详细介绍了该系统的构成、再生控制策略以及再生试验。试验结果表明:该再生系统能有效去除沉积在DPF载体表面的碳颗粒,恢复DPF载体过滤颗粒物的功能。     

米糠油发动机颗粒物排放特性试验分析

利用气相色谱/质谱联用仪对米糠油样品进行了测定,确定了米糠油的主要成分.在柴油机台架试验基础上,运用扫描电镜和X射线能谱仪对柴油机燃用米糠油和0#柴油排气中收集的颗粒物样品进行检测和分析,研究结果表明,米糠油属于富氧燃料,可使发动机燃烧室碳燃料充分燃烧,颗粒物样品中碳烟成分较少,并且颗粒粒径也较小;两个样品的差别在于从0#柴油颗粒物样品中检测出硫,而米糠油的颗粒物样品中未检测出硫成分.本次研究对米糠油的开发利用具有重要的实际意义.     

基于生物柴油发动机的不同后处理装置颗粒物数量排放特性

基于一台燃用生物柴油BD20的发动机开展台架试验,利用EEPS粒径谱仪研究了发动机无后处理装置及使用DOC、DOC+POC和DOC+CDPF等后处理装置时排气颗粒物数量和粒径分布等排放特性。研究结果表明:DOC主要可降低粒径30~50nm的细小颗粒物数量,POC在DOC的基础上可进一步降低细小颗粒物数量,但对粒径较大颗粒物数量的控制作用不强,CDPF可明显降低粒径大于10nm的颗粒物的数量;DOC、DOC+POC和DOC+CDPF均降低了总颗粒物数量排放,对颗粒物数量的转化率分别为5%~35%、15%~35%和80%~99%,其中POC和CDPF所分担的转化率分别为5%~25%和55%~95%,采用CDPF是全面高效降低生物柴油发动机颗粒物数量排放的后处理技术手段。     

利用H2O2进行DPF再生的试验研究

作者在165FA柴油机试验台上对H2O2为DPF（柴油机微粒过滤器）辅助再生的各项性能进行了试验研究。试验结果表明，对于壁流式不锈钢丝网滤芯的过滤器，在较低的反应温度（300℃-500℃）下，通过在过滤器中喷入H2O2，可使DPF得到良好的再生效果。     

DPF主动再生柴油喷雾氧化的试验及模拟研究

综合可视化试验和数值模拟手段,研究分析了柴油机颗粒捕集器(DPF)主动再生时柴油氧化催化器(DOC)上游柴油喷雾特性及柴油在DOC内的氧化过程。利用高速摄影装置拍摄了柴油喷雾图像,分析了喷雾贯穿距和喷雾锥角,并利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对喷雾粒径进行了测量。标定了DOC内的柴油氧化模型和喷雾模型,在此基础上对柴油喷雾及燃油在DOC内的氧化过程进行了模拟。试验结果表明:柴油喷射速率越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角越大;喷射速率对喷嘴出口处喷雾粒径分布有较大影响,沿喷雾轴线方向液滴的索特平均直径(SMD)随大粒径液滴数的变化而变化。模拟结果表明:柴油喷雾特性决定了排气管路和DOC入口处的碳氢(HC)分布;DOC出口处温度分布与DOC入口处HC分布具有密切的对应关系;碰壁及重力作用使得HC向排气管路底部集中,HC质量浓度接近2%;管路底部柴油过浓使得DOC出口截面底部的对应区域温度较低,低于450℃;增加排气管路长度可促进喷雾与气体的混合均匀性,缓解管路底部的柴油过度集中现象。