燃油催化微粒捕集器微粒捕集与强制再生特性的研究

采用燃油催化再生微粒捕集器,对某排量为7.7 L柴油机的排放微粒进行捕集与强制再生。试验结果表明:在低排温工况下,随着微粒捕集器内微粒不断增加,微粒捕集器两端压差随捕集时间增加呈线性提高。燃油中加入的铁基催化剂可以降低碳粒燃烧的温度,增加微粒捕集器的微粒储备能力,并能够有效再生。当燃油中无添加剂时,在特定工况下发动机运行19.5 h后,微粒捕集器的两端压差达到10 kPa,而有添加剂时则可延长到23.5 h。在排气温度为530℃的强制再生工况下,燃油中有添加剂,约需6 min可全部强制再生累积的微粒,而无添加剂则约用时14 min,且有添加剂时强制再生程度较高。微粒捕集器经500 h耐久试验后,在有添加剂情况下其两端压差达到15 kPa,发动机需在微粒累积工况下运转23 h,无添加剂需要18.5 h。按ESC排放测试,微粒捕集器对微粒的过滤效率达到80%以上,微粒排放为0.017 g/(kW.h),试验结果还发现微粒捕集器对CO、HC及NOx的排放没有影响。     

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.     

基于铈基添加剂的微粒捕集器催化再生研究

基于微粒捕集器(DPF)NO2辅助再生计算模型,建立了添加铈基添加剂时DPF的催化再生计算模型,并进行了试验验证.采用铈基添加剂提高DPF的再生性能,在4种典型工况下对有添加剂和无添加剂的DPF进行了催化再生对比试验.结果表明:有添加剂的DPF在低排气温度下再生性能明显优于无添加剂的DPF再生性能,但仍然难以达到微粒平衡状态;在中高排气温度下再生性能也得到了提高,达到微粒平衡状态的时间缩短,微粒平衡质量减小.这对于提高柴油机的经济性,减少动力性损失,延长DPF的寿命十分必要.     

柴油机微粒捕集器降怠速再生过程载体温度的控制

针对柴油机微粒捕集器降怠速再生过程载体峰值温度偏高问题进行了基于排气中氧气体积分数控制策略的降怠速再生试验.结果表明:在高怠速工况通过耦合调整再循环废气和进气流量可有效控制排气中氧气体积分数低至8%以下,而氧控所引起的燃烧恶化也导致了HC、CO排放量增大;碳载量和排气流量相同条件下,进行的氧控降怠速再生试验过程其载体内部峰值温度显著低于原机非氧控降怠速再生数值;提高载体碳载量并进行氧控降怠速再生,微粒加载背压和载体峰值温度仍在发动机正常运转以及载体材料温度安全范围内,满足安全以及可靠再生的同时达到了拓展安全再生碳载量限值以及延长微粒捕集器再生周期的目的.     

柴油机用泡沫陶瓷排气微粒后处理器催化再生的实验研究

本文研究用燃料添加剂解决柴油机排气微粒后处理器再生问题的可能性。对含Cu、Mn、Co、Ce 添加剂在不同添加浓度、不同氧气浓度下对陶瓷芯再生温度的影响作了柴油机台架试验,同时用热质分析仪测定了含添加剂燃烧产物的排气微粒样品的氧化温度,得出了比较一致的结果。     

S195柴油机微粒排放特性及过滤器催化再生技术的研究

柴油机排气中的微粒物质对环境和人体健康有极坏影响。本文作者采用稀释通道、热重分析仪,测量了S195柴油机微粒排放的质量浓度,对微粒中的碳和碳氢化合物两种组分进行了分析。作者还使用蜂窝陶瓷过滤排气中的微粒,用燃油添加刑的方法对过滤器进行催化再生。结果表明,过滤器可大幅度减少微粒排放量。燃油添加剂再生效果好,对柴油机的排放和经济性影响不大。与电加热再生相比,燃油添加剂催化再生简单、可靠,具有较大的应用价值。     

柴油机微粒陶瓷过滤器红外加热再生的优化

通过台架试验和实车道路试验，对影响柴油机微粒陶瓷过滤器红外加热再生的几个主要因素进行了优化。运用转速传感器、供油拉杆位置传感器和排气压力传感器解决了实车中确定再生时机的难题。通过调整加热器的结构和电热丝的布置，陶瓷内挂烟均匀，再生最高温度被控制在900℃左右，降低了温度梯度。双层结构的过滤器，使再生时间缩短2min，再生效率提高5％。根据发动机工况实时控制再生用废气量，再生效率大于80％。     

基于排气VVT的直喷汽油发动机性能试验研究

在一台自然吸气直喷汽油发动机上进行运行工况内的进、排气可变气门正时(VVT)相位扫点试验,根据不同排气VVT相位下的发动机动力性和燃油经济性,结合进气流量、最高燃烧温度、指示热效率和泵气损失等因素,分析了发动机性能变化的原因。研究结果表明,外特性工况排气VVT推迟15°曲轴转角时,进气量增加,动力性提高;继续推迟排气VVT相位,泵气损失增加,动力性降低。在转速低于2 400r/min的中、高负荷区域,开启排气VVT使得指示热效率增大,泵气损失减少,发动机油耗降低;在排气VVT相位大于-15°曲轴转角、转速高于2 800r/min的中、高负荷区域,发动机经济性变差。     

基于热管技术的柴油机燃油加热系统性能分析

为了充分利用发动机尾气余热能量,并解决冬季柴油机难以起动的问题,设计了一套冬季柴油机燃油加热快速起动系统。在利用副油箱低标号燃油起动后,将柴油机尾气余热热量通过不锈钢-钠钾合金热管由排气管引至燃油,以实现对油箱中高标号燃油加热。通过台架试验,讨论了某6缸柴油机的余热特性及柴油机可利用尾气余热回收潜力,并在此基础上对热管工作特性进行了试验分析。研究结果表明:在柴油机全工况范围内,排气温度范围为440K~800K,柴油机尾气中至少有1/3的余热能可以利用;热管起动时间仅需275s,可以提供的加热温度范围为350K~600K。试验获取了在限定转速下的有效燃油消耗率与燃油温度变化情况,证明了冬季柴油机燃油加热快速起动系统对发动机的经济性有明显的提升。     

基于欧-Ⅵ柴油机排气热量管理主动控制措施研究

利用发动机台架试验研究了中低负荷稳态工况下进气节流阀、喷油提前角、喷射压力和后喷等排气热量管理主动控制措施对排气温度的影响,并基于欧-Ⅵ排放法规要求的瞬态测试循环(world harmonized transient cycle,WHTC)验证排气温度提升的效果。稳态试验结果表明:与进气节流阀不工作时相比,在进气节流阀开度约15%~20%时排气温度提高了140℃左右,NOx排放减小,PM排放和燃油消耗率均增大;喷油提前角和喷射压力的改变对排气温度影响较小,对NOx排放、PM排放和燃油消耗率影响较大;后喷角度和后喷油量的合理匹配,可以提高排气温度约70℃。WHTC测试循环试验结果表明:排气温度在整个循环内均得到有效提升,怠速工况和低负荷工况提升尤为明显。     

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。     

柴油添加剂和微粒捕集器的协同性分析与研究

柴油添加剂可以降低发动机燃烧室内的碳烟生成,而微粒捕集器则能有效控制柴油机尾气中微粒排放。对柴油添加剂种类、微粒捕集器过滤体材料和微粒捕集器的再生方法分别作了介绍,并着重对柴油添加剂促进微粒捕集器再生的机理和存在的问题进行了分析和研究。     

Thermogravimetric analysis of soot emitted by a modern diesel engine run on catalyst-doped fuel

Understanding the mechanisms that affect catalytic activity in porous ceramic diesel particulate filters (DPF) at the temperature range 200 to 400°C is important for the successful modeling of the initiation and evolution of catalytic regeneration by use of fuel additives. This refers not only to the dry carbon particulate, but also to the volatile hydrocarbons adsorbed on it. In this paper, a detailed analysis of the hydrocarbon adsorption-desorption and oxidation behavior of diesel particulate emitted by a modern diesel engine and collected on a SiC diesel filter is performed by use of thermogravimetric and differential scanning calorimetry analysis (TGA-DSC). Non-isothermal tests were performed with samples collected directly from a ceramic filter connected to the exhaust system of the diesel engine running under low and medium speed and load operating conditions with and without fuel additive. Fuel additive concentration was varied to investigate its effect on the soot oxidation behavior. Based on the TGA data, the kinetic parameters of the soot oxidation reaction were calculated. The effect of volatile adsorbed hydrocarbons on the soot oxidation reaction was evaluated by comparing the calculated activation energies for samples collected from the center and the periphery of the filter at various exhaust temperatures prevailing at filter loading phase. In particular it was seen that the catalytic activity of the fuel additive is enhanced by the presence of the volatile organic components.     

喷油策略耦合EGR对柴油机燃烧过程与CDPF再生性能的影响

以匹配了可变截面几何增压系统(VGT)的D19高压共轨柴油机为研究机型,采用GT-Power和AVL FIRE构建了一维热力学整机模型和催化型微粒捕集器(CDPF)三维仿真模型,针对3 000r/min、50%负荷工况,研究了喷油策略耦合废气再循环(EGR)对燃烧过程和CDPF再生性能的影响。研究表明:随主喷定时提前,有效燃油消耗率(BSFC)先降后升,排气温度降低,排气流量与氧浓度变化则较小,排气中一氧化氮(NO)增加,CDPF再生速率逐渐降低,颗粒物残余量、压降与CDPF出口端二氧化氮(NO_2)同时增加;随EGR率增大,BSFC和排气温度升高,排气流量、排气氧浓度、排气中NO浓度则同时降低。在主喷定时较晚时,随EGR率增大,CDPF再生速率先升后降,颗粒物残余量先降低后略升高;而在主喷定时较早时,随EGR率的增大,CDPF再生速率降低,颗粒物残余量增多。在主喷定时较晚时,提高喷油压力使BSFC和排气温度明显降低;而在主喷定时较早时,提高喷油压力导致BSFC反而快速增加。此外,随喷油压力提高,排气流量与氧浓度变化较小,排气中NO浓度增加,CDPF再生速率逐渐减小,颗粒物残余量、压降和CDPF出口端NO_2排放同时升高。总体上,相比喷油压力,主喷定时对CDPF再生过程影响更大。     

CFB锅炉节能降耗改造及其应用效果

文中针对某135MW CFB锅炉存在的排烟温度高、点火启动用油量大问题,采用低温省煤器改造降低了排烟温度、延长了布袋除尘器使用寿命,采用给煤系统改造减少了锅炉启动物料上料时间,通过对锅炉炉前煤仓补充点火用烟煤大大降低了点火启动用油,上述两项技术有效实现了CFB锅炉的节能降耗。     

The effect of a H2/CO mixture at varying ratios on the diesel particulate filter regeneration process: Towards an optimised fuel reformer design – Diesel engine aftertreatment system

The work described in this paper aims to assist in the development of an exhaust gas fuel reformer for the enhancement of diesel particulate filter (DPF) aftertreatment performance. This was achieved by introducing H₂ and CO at various mixture ratios at a concentration of 6% (v/v) to a standardised DPF regeneration process in order to identify an optimised mixture ratio. In addition to this, emission measurements were performed pre and post filter to identify the impact of the additional mixtures on various emission components. A mixture ratio of 60% H₂ balanced with CO was identified as the optimised mixture ratio. This was due to this configuration demonstrating one of the most proficient regeneration profiles at a relatively low mean filter temperature of approximately 630 °C. Further to this, it was also noted that the addition of H₂ or H₂ and CO to the regeneration process resulted in an increase in NOx post filter while total hydrocarbons were reduced. Furthermore, the H₂/CO mixture addition resulted in an increase in CO₂ post filter, the levels of which were proportional to the volume of CO contained within the introduced mixture.     

Emissions reductions using hydrogen from plasmatron fuel converters

Improvements in internal combustion engine and aftertreatment technologies are needed to meet future environmental quality goals. Systems using recently developed compact plasmatron fuel converters in conjunction with state-of-the-art engines and aftertreatment catalysts could provide new opportunities for obtaining substantial emissions reductions. Plasmatron fuel converters provide a rapid response, compact means to transform a wide range of hydrocarbon fuels (including gasoline, natural gas and diesel fuel) into hydrogen-rich gas. Hydrogen-rich gas can be used as an additive to provide NO_x reductions of more than 80% in spark ignition gasoline engine vehicles by enabling very lean operation or heavy exhaust engine recirculation. It may also be employed for cold start hydrocarbon reduction. If certain requirements are met, it may also be possible to achieve higher spark ignition engine efficiencies (e.g., up to 95% of those of diesel engines). These requirements include the attainment of ultra lean, high compression ratio, open throttle operation using only a modest amount of hydrogen addition. For diesel engines, use of compact plasmatron reformers to produce hydrogen-rich gas for the regeneration of NO_x absorber/adsorbers and particulate traps for diesel engine exhaust aftertreatment could provide significant advantages. Recent tests of conversion of diesel fuel to hydrogen-rich gas using a low current plasmatron fuel converter with non-equilibrium plasma features are described.     

基于欧VI排放标准的中型柴油机排气热管理试验研究

尾气后处理的转化效率受排温影响,而柴油机中低负荷下排温较低,难以满足要求。以某中型柴油机为对象,针对影响排温的进气节流阀(IAT)、电控废气旁通阀(EWG)和排气背压阀(EAT)进行了中低负荷稳态点控制策略的试验研究。试验结果表明:在满足低排放和低油耗的前提下,仅靠单一排气热管理措施难以提高排温,须两种或两种以上措施合理匹配,共同作用。基于此,提出了可行的排气热管理方案,并在WHTC测试循环下验证了该方案可使试验柴油机在保证经济性和排放的变化在可接受范围内,满足排温要求。     

EGR冷却温度对重型柴油机性能及排放的影响

以一台配有废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却系统和可变几何截面涡轮增压器的高压共轨重型柴油机作为研究对象,进行了EGR冷却温度对柴油机性能及排放影响的台架试验研究。结果表明:随着EGR冷却温度降低,柴油机燃油消耗率、烟度和NOx排放均持续降低。而EGR冷却温度每降低1℃,柴油机燃油消耗率、烟度和NOx排放在不同转速、负荷下降幅差异明显。燃油消耗率在中等转速、低负荷工况降幅最大,NOx排放和烟度在高转速、低负荷工况下降幅最大;在考虑到EGR冷却系统消耗的能量后,可以通过计算得到理论燃油消耗率。在兼顾燃油消耗率和排放性的原则下得到了各工况下EGR相对最优冷却温度,而所得到的相对最优EGR冷却温度正是各个试验工况下理论燃油消耗率最低的温度。