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.     

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...     

灰分对柴油机微粒捕集器性能及再生的影响

针对柴油机微粒捕集器(diesel particular filter,DPF)再生的可靠性问题,分析DPF灰分的主要成分及来源,灰分在DPF中的沉积过程,灰分对DPF效率及再生过程的影响。分析表明灰分的主要来源是润滑油,为了满足柴油机润滑要求,润滑油中添加了大量的金属成分,产生大量的灰分影响DPF的再生过程。针对灰分的成分及沉积方式,提出使用低金属含量润滑油降低DPF灰分沉积、采用高压空气反吹作为DPF的主要清灰措施。     

非对称孔结构载体对DPF及柴油机性能的影响研究

运用GT-Power建立柴油机整机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particle filter,DPF)的模型,研究非对称孔道结构DPF的压降特性及其对柴油机整机性能的影响。研究结果表明:随着进/出口孔道比例增加,碳烟容量增大,DPF压降降低,但过度增大进/出口孔道比例会使出口孔径过小而造成压降升高;柴油机加装洁净DPF时,柴油机各项性能指标随进/出口比例增加而降低,但随着DPF碳烟和灰分沉积量的增加,柴油机各项性能指标随进/出口比例增加均有所改善。DPF进/出口孔道比例为1.3时,柴油机综合性能最佳。     

柴油机微粒捕集器流通性与微粒加载特性数值模拟

使用AVL-Fire软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维计算模型,模拟DPF内的压降损失、深层微粒沉积、滤饼层微粒沉积和总微粒沉积特性.研究不同的排气流量、排气温度、初始灰分、灰分分布和微粒分布对DPF流通性与微粒加载特性的影响.结果表明:在微粒加载过程中(考虑微粒再生的影响),DPF压降主要由壁面压降损失、微粒深层...     

灰分对柴油机颗粒捕集器性能影响研究综述

分别从柴油机颗粒捕集器(DPF)灰分的成分、来源及性质,灰分对DPF压降、过滤效率和再生过程的影响,及DPF清灰方法等方面进行了综述。已有研究结果表明:润滑油添加剂是DPF灰分的主要来源;润滑油配方、灰分沉积形态及DPF载体结构不同时,灰分对DPF压降的影响效果会有所不同;灰分在DPF中的沉积一般会提高DPF的过滤效率,但会恶化催化型DPF(CDPF)的被动再生效果,影响DPF主动再生频率和DPF主动再生时的温度;重型柴油车DPF需要定期清灰,压缩空气反吹法是目前使用最广泛的DPF清灰方法。     

柴油机DPF流场压降及微粒沉积特性数值模拟

运用AVL-FIRE软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维模型,模拟柴油机微粒捕集器内部压降和微粒沉积特性.针对DPF不同排气流量、进口温度、微粒沉积量及分布类型,对DPF压降特性进行模拟,并着重研究非对称孔结构(ACT)和灰分沉积量及分布形式对DPF压降和微粒沉积特性的影响.结果表明:随着DPF排气流量、进口温度、微粒沉积量和灰分沉积量的增加,DPF的压降增大,且DPF压降变化与进口温度呈非线性关系;沿DPF轴线方向,微粒沉积量呈先减小后增大趋势;"逐渐减少"型微粒分布形式压降损失较小,且再生速率较快.灰分在壁面上的层状分布对DPF压降和微粒沉积影响较大;非对称孔结构有利于降低DPF压降和提高微粒沉积能力,从而延长DPF寿命.     

非对称孔结构对柴油机颗粒捕集器压降特性的影响

运用AVL Boost软件建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)模型,研究不同排气流量、温度及碳烟与灰分沉积量对非对称孔结构DPF压降特性的影响,并着重研究不同比例孔结构压降特性的差异.结果表明:排气质量流量增大,入口温度增大,不同比例孔结构的压降敏感性增大;当DPF内碳烟沉积量较少时,通过DPF的压降随着进/出口孔比例的增加而增大;随着碳烟沉积量的增多,进口较小的DPF结构压降升高率大;灰分在DPF壁面上的层状分布可以有效阻止碳烟深层捕集模式,降低DPF压降;使用非对称孔结构可以有效提高碳烟和灰分容量,降低DPF使用后期压降并延长DPF使用寿命.     

DPF降怠速再生温度场分布测试及过滤效率分析

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)降怠速(DTI)再生的特点,介绍了一种DPF极限碳载量、再生温度评估方法.在非道路瞬态循环(NRTC)工况进行DPF碳加载,通过缸内后喷控制再生温度,试验研究了碳载量为8g/L、不同再生温度下降怠速再生时DPF的内部温度;在再生温度为600℃时测试了不同碳载量下降怠速再生期间DPF内部温度...     

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。     

一种柴油机颗粒过滤器碳烟负载量的在线预估方法与试验研究

通过建立柴油机氮氧化物(NOx)排放、碳烟排放预估模型和柴油机颗粒物过滤器(DPF)内碳烟颗粒的催化氧化反应模型,探讨了一种基于质量平衡的DPF碳烟负载量在线预估方法。欧盟驾驶循环(NEDC)测试工况的排放试验结果表明,柴油机NOx和碳烟排放预估模型计算结果与试验结果的误差分别为5.1%和3.9%。在车辆实际道路行驶工况进行了DPF碳烟颗粒加载试验,结果表明,试验过程中对DPF碳烟负载量的在线预估值与试验结果的最大偏差为0.48g/L,平均偏差为0.17g/L,模型的平均预测误差为2.1%。本研究为热再生时机的准确判断提供了有效参考。     

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。     

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.     

Effect of fuel on the soot nanostructure and consequences on loading and regeneration of diesel particulate filters

An automotive diesel engine was tested in three representative modes of soot accumulation, active regeneration and spontaneous regeneration of its catalyzed diesel particulate filter (DPF), among the typical driving operation modes. During the engine tests, pressure and temperature along the DPF were measured, and soot samples were taken from the exhaust manifold upstream of the DPF for their thermal, structural and morphological characterization. The collected soot samples were subjected to: Transmission Electron Microscopy (TEM) for morphological analysis, thermal heating under oxidant atmosphere for studying the oxidation kinetics, Raman spectroscopy for describing their nanostructure and X-ray diffraction spectroscopy (XRD) for studying their internal lattice parameters. When the engine was operated in a typical accumulation mode, the pressure drop across the DPF increased up to 80 hPa with diesel fuel, while pressure drop stopped increasing after 4000 s of engine testing with biodiesel. In the regeneration mode, the DPF regenerated more slowly in the biodiesel case as a consequence of lower post-injected fuel energy and thus lower exhaust temperature. In the self-regenerating mode, the DPF was charged more slowly with biodiesel than with diesel fuel and its break even temperature was 40 °C lower with biodiesel fuel. These results provide further evidence that biodiesel soot is more reactive to oxidation. Although thermogravimetric results confirmed this tendency based on the differences on the pre-exponential factor, Raman spectra showed that biodiesel soot reached more ordered graphite-like structures and lower amorphous carbon concentration and XRD analysis showed that biodiesel soot displayed a higher degree of graphitization. The TEM analysis of the agglomerates showed that soot primary particles obtained with biodiesel fuel were significantly smaller and had higher specific active surface than those of diesel soot. From these results, an interpretation of the differences in soot oxidation between both soot samples was made based on the different length scales, from the carbon fringes to the particulate filter.     

燃烧参数对汽油/柴油双燃料HPCC性能和排放影响的试验

在一台改造的单缸柴油机上,转速为1,500,r/min、平均指标压力为0.9,MPa工况进行了不同参数对汽油/柴油双燃料高比例预混合低温燃烧(HPCC)方式燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,调整EGR率和汽油比例可实现HPCC燃烧过程优化,在保持发动机高燃油经济性的前提下使NOx和碳烟(Soot)排放大幅降低;进气压力对Soot的影响不明显,但进气压力过低将限制汽油比例的提高,NOx排放偏高,进气压力过高使燃烧效率和热效率降低;提高柴油喷油压力,滞燃期延长,最大压升率及最大爆发压力降低;提高喷油压力可同时降低NOx和Soot排放,但喷油压力对燃烧效率、指示油耗、HC和CO排放影响不大.在HPCC燃烧中,通过优化EGR率、汽油比例、进气压力和柴油喷油压力,在不使用后处理器的前提下可使NOx和Soot排放分别低于0.4,g/(kW.h)和0.003,g/(kW.h),并保持较高的热效率,但HC和CO排放偏高,需要采用有较高转换效率的氧化后处理器加以解决.     

Analysis of reformed EGR on the performance of a diesel particulate filter

The use of a diesel particulate filter (DPF) in combination with an upstream diesel oxidation catalyst (DOC) has been successfully implemented and shown to reduce carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) and Particulate Matter (PM) diesel exhaust gas emissions. However issues including cost, size and uncontrolled active regeneration under a low temperature window still require attention. This study therefore primarily focuses on the potential benefits of using a single catalytic coated DPF (cDPF) and a combined DOC-cDPF instead of the DOC-DPF aftertreatment system utilising a passive, low temperature regeneration method. Comparisons were made through monitoring exhaust gas compositions from an experimental single cylinder diesel engine as well as measuring the pressure drop across the filters to analyse the accumulation of soot particles. The influence of reformed EGR (REGR), enriched simulated hydrogen (H₂) and CO, on DPF and cDPF soot loading was of interest as H₂ promotes the NO to NO₂ oxidation. Similarly the addition of simulated reformate (added either directly into the engine intake or exhaust manifold) for optimal performance of the aftertreatment systems was examined.The effects of adding REGR resulted in a significant decrease in total engine-out NO_x emissions, as well as an increase in both NO₂ concentration and NO₂/NO_x ratio. This resulted in improved filter efficiency and overall loading, especially under a DOC-cDPF aftertreatment configuration system. As a whole, a simultaneous NO_x and PM reduction was achieved.     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。