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喷油助燃主被动再生系统电控单元开发

采用摩托罗拉16位单片机MC9S12XEP100,开发了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)系统电控单元,实现了柴油机控制器局域网络(controller area network,CAN)通信信号和DPF相关传感器的信号采集和执行器的驱动功能。根据主被动DPF再生系统要实现的功能指标,对基于DPF压差和柴油机燃油消耗量确定的再生需求控制策略、DPF需求再生触发控制策略及再生温度闭环控制策略进行详细阐述。进行了燃油喷射系统精度试验、DPF再生温度闭环控制和再生过程试验、再生完成控制试验。经过柴油机总成台架和整车测试,试验验证了DPF控制策的可行性,使柴油机尾气排放得到了良好控制。     

柴油机颗粒过滤器工作过程中捕集颗粒物的试验研究

对柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)进行了颗粒物(particulate matter,PM)在线捕集试验。通过发动机废气排放颗粒物粒径谱仪EEPS-3090分析了DPF对不同粒径PM的捕集特性;通过扫描电镜仪和热重分析仪探究了DPF前后端PM的堆积形貌及氧化特性。研究结果表明:DPF对大粒径颗粒物的捕集效果优于小粒径颗粒物,聚集态颗粒物基本被DPF完全拦截;DPF孔道过滤壁面的深层碳烟减小了微孔孔径,随着采样时间的增加,DPF对PM的捕集率升高。柴油机排气流经DPF后,逃逸出少量PM,以核态颗粒物为主。与DPF前端相比,后端PM的挥发性组分含量升高,元素碳的含量下降,氧化活性增强。     

颗粒捕集器主动再生温度特性试验研究

通过发动机台架试验研究氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)起燃温度及颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)主动再生时内部温度场分布规律。结果表明,当DOC入口温度高于240℃时,DOC可以起燃达到DPF设定的主动再生目标温度600℃;当DOC入口排气温度为240～280℃时,为减少HC二次污染,需选用较高的喷油速率,使DPF尽快达到设定目标温度。DPF主动再生过程分为3个阶段,起燃阶段DPF入口至出口温度依次快速升高;再生阶段DPF内部和出口温度高于入口温度约50℃;再生结束阶段,DPF入口至出口温度迅速降低,研究可为DPF主动再生温度的安全控制提供依据。     

排气氧浓度对柴油机颗粒捕集器主动再生特性的影响

采用进气节流降低排气氧浓度的方式,试验研究了柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst, DOC）入口氧浓度对柴油机颗粒捕集器（diesel particulate filter, DPF）主动再生时的入口温升特性、载体峰值温度、有效再生时间和再生过程燃油消耗的影响。结果表明：随着排气氧浓度降低,DPF温升速率增大,入口温度上升时间缩短;在所有氧浓度下,载体峰值温度均出现在DPF轴线后端位置。随着氧浓度降低,载体峰值温度先增后减,最大径向温度梯度先减后增,有效再生时间先缩短后延长,再生过程燃油消耗先减后增。在恒定DPF碳烟负载量和再生温度的前提下,当排气氧体积分数为11.0%时DPF主动再生时间最短,再生过程燃油消耗最少。     

正六边形和四边形孔道DPF性能的仿真试验研究

基于AVL-Fire软件建立正六边形和四边形孔道结构柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)模型,对不同排气温度、排气质量流量、碳烟负载下2种孔道结构的DPF压降特性、碳烟再生特性进行仿真分析和对比.结果表明:相同排气质量流量下,2种孔道的DPF压降随碳载量和排气温度升高而增大;六...     

载体结构对柴油机微粒捕集器再生的影响研究

以氧气为气源,利用自行设计的低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)喷射系统,采用三种不同结构的柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)装载装置对已捕集PM的DPF进行再生试验。通过研究DPF再生过程中内部温度及温度梯度的变化,对三种装载装置的再生效果进行了对比。研究结果表明:DPF内部各位置的温度均在180℃以下,远低于DPF的最高使用温度;PM的氧化界面随来流方向从上游向下游移动;DPF轴向和径向温度梯度均小于30℃/cm,低于DPF温度梯度限值;再生时间来看载体B和载体C的再生效果优于载体A;载体C中DPF内部流速分布最为均匀,有利于DPF的再生;载体C中DPF的最大温度梯度小于载体A和载体B,所承受的热应力最小,故载体C的结构更有利于DPF的使用寿命。     

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。     

DOC+DPF+SCR后处理系统对小型柴油机性能及排放的影响

对比无后处理的小型柴油机原机和氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)+选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术的柴油机性能和排放状态,测试排气管和DPF出口处NO_x排放中NO的体积分数。试验结果表明:与搭载DOC+DPF+SCR后处理的柴油机相比,原机的扭矩提高5～10 N·m,油耗无明显变化;原机NO_x排放中全部为NO,搭载DOC+DPF+SCR后,NO的体积分数随温度的升高逐渐降低,排温在500℃时,体积分数降至84%左右;相比于原机,搭载DOC+DPF+SCR后处理系统的小型柴油机在非道路稳态循环(non-road steady cycle,NRSC)试验中CO的比排放降低了97%,HC的比排放下降了86%,NO_x的比排放下降了70%,PM的比排放下降了80%。     

不同海拔下柴油机颗粒过滤器碳烟加载及再生特性研究

为研究不同海拔下柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)碳烟加载规律及再生特性,在一台高压共轨柴油机上分别在两种大气压力(80kPa和100kPa)下进行了试验研究。研究内容包括全球统一瞬态循环(world harmonized transient cycle,WHTC)排放测试、DPF碳烟加载及压降特性、DPF再生过程温度场及压降特性。结果表明:高原环境下DPF的排气温度和各项排放数据指标均高于平原环境。高原环境下压降损失随碳烟的累积呈现出先快速增加后缓慢增加的趋势。再生温度和海拔高度对DPF再生压降、载体再生峰值温度、载体再生径向和轴向温度梯度、再生时机均有影响;再生温度越高及海拔越低,DPF再生压降越高;再生温度及海拔越高,再生时载体的峰值温度越高且载体径向和轴向温度梯度越大。