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。     

基于模型的DPF再生温度控制策略开发及验证

为精确控制柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的再生温度,避免因再生失控引起的DPF失效风险,在柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和DPF组成的后处理系统上建立基于化学反应动力学原理的DOC温度模型,在温度模型和再生温度控制算法的基础上设计DPF再生温度前馈及反馈控制策略;利用发动机台架测试数据进行控制策略联合仿真,对控制参数进行系统整定及优化;通过发动机台架瞬态及稳态工况测试,验证控制策略的实际应用效果。仿真和台架试验结果表明：DPF再生温度控制策略具有很好的动态性能及稳态性能,最大峰值温度及燃油喷射量均控制在限定范围,可确保DPF实现高效可靠的再生。     

酸、碱性溶液浸泡对柴油机催化剂性能的影响

以车用柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)/涂覆式颗粒捕集器(coated diesel particulate filter, DPF)/选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)为对象,研究酸、碱性溶液对各种柴油机后处理装置催化剂性能的影响。研究表明,DOC和DPF催化剂经酸、碱性溶液处理后性能无明显改变,SCR催化剂经酸性溶液处理后性能无明显改变,但经碱性溶液处理后低温转化效率及氨存储明显下降,SCR入口温度为180℃时催化剂转化效率下降6.8%,入口温度为250℃时氨存储降低4.5%。     

柴油机颗粒捕集器特性测试评价

为了满足柴油机颗粒物(particulate matter,PM)排放标准的要求,应用微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)对柴油机排放的PM进行捕集并再生。对涂覆前后DPF的压差、不同工况下的被动和主动再生速率、压降特性及极限情况下的累碳量等进行测试评价。研究结果表明:相对于白载体,涂覆后的DPF压差略为增加;在氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)作用下,DPF捕集的碳颗粒较易发生被动再生,连续再生速率随着温度升高而提高;温度为400℃时,累碳速率和被动再生速率达到动态平衡,超过600℃时发生主动再生;在降怠速情况下测试累碳量,并通过轻型车排放测试规程(world harmonized light vehicles test cycle,WLTC)进行排放试验验证,结果表明,DPF对PM和粒子数量(particle number,PN)的捕集效率满足工程目标要求。     

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.     

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。     

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。     

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...     

散热参数对DPF温度的影响

建立考虑散热的柴油微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)模型,对比相关热参数(表面换热系数、壳体厚度和环境温度)对DPF再生过程最高温度和最低温度的影响。从实现DPF热管理角度,对将液体强制冷却应用于该过程进行研究。研究结果表明,在各热参数的取值范围内,改变壳体厚度、表面换热系数以及环境温度对DPF热再生过程影响不大;而采用发动机冷却液对DPF进行强制冷却,选择合适的表面换热系数对DPF热再生过程影响显著。     

基于轻型柴油车的柴油机氧化催化器入口温度升温特性及策略研究

选取了高、中、低负荷的3个典型工况,研究了进气节流及喷油策略对柴油机缸内燃烧过程、排放性、经济性及柴油机催化氧化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度的影响,得到全工况区域的DOC入口温度的升温策略。试验结果表明:随进气节流阀开度减小,进气流量降低,压缩压力下降,燃烧始点滞后,最高燃烧压力下降,循环指示功降低;HC排放得到抑制,其他排放恶化;DOC入口温度得到有效提升,负荷越小,温升效果越显著。喷油规律耦合进气节流发现,主喷提前角的推迟使得滞燃期缩短、后燃加重,DOC入口温度小幅度提升;近后喷油量增加可提高DOC入口温度,推迟近后喷,DOC入口温度先增大后降低,存在最佳的近后喷时刻。依据样机全工况排温分布特征,提出了不同工况区域DOC入口温度升温控制策略。     

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。     

Effects of a DOC+DPF system on emission characteristics of China Π engineering vehicle diesel engine and influence factors of trapping efficiency of PM for DOC+DPF system

To evaluate the emission characteristics of engineering vehicle diesel engine effectively and find a suitable emission control strategy, the emission characteristics experiment of China ?? engineering vehicle diesel engine was conducted with and without DOC+ DPF. The experiment took high-idling, low-idling, and free-acceleration as testing conditions, and used NanoMet3 particulate analysis system to measure PM mass concentration, number concentration and mean particle size. The gaseous emissions (NOx, NO₂, CO, HC) were analyzed by flue gas analyzer Testo350. The results showed that the PM emission characteristics of engineering vehicle diesel engine improved observably under three different conditions With DOC+ DPF. PM mass emissions reduced by over 85%, and PM number emissions were more than reduce of 90%. The metabolic characteristics of PM mean particle size were sample A < sample B < sample C and high-idling < low-idling < free-acceleration. NOx concentration was not influenced obviously by DOC+ DPF, but NO₂/NOx value increased. Besides, DOC+ DPF made CO emissions decreased by 85% and HC emissions decrement between 50%~80% under different conditions. DOC + DPF could improve the emission characteristics of engineering vehicle diesel engine efficiently, which was easily affected by diesel quality and equipment working hours.     

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.     

再生温度和来流参数对柴油机颗粒过滤器再生和 过滤特性影响的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了不同再生温度和不同来流流量对柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)出口颗粒排放的影响。试验结果表明:加载量为2.5g/L时,DPF出口颗粒物出现一个颗粒数浓度波峰;加载量为5.0g/L时,DPF出口颗粒物出现两个数量浓度波峰。相同来流流量下,再生效率和总质量浓度随着再生温度的增加而增加;升温阶段出口颗粒物以核模态为主;再生阶段时,内部出现温度波峰且出口颗粒物以50nm以上聚集态颗粒为主。相同再生温度下,加载量为2.5g/L时再生效率和总质量浓度随着来流流量的增加而增加,升温和再生阶段出口颗粒物均以核模态为主;加载量为5.0g/L时再生效率和总质量浓度随来流流量的增加呈现先增加后减少的趋势,升温阶段出口颗粒物以核模态为主,再生阶段在大流量时有部分聚集态颗粒物排出。     

Soot deposition effects and microwave regeneration modelling of diesel particulate filtration system

Regeneration of accumulated soot particles in the substrate walls of the diesel particulate filtration system is one of the major challenges faced by the automotive industry. This study investigated the conversion efficiency and filtration behaviour of the after treatment system comprising of diesel oxidation catalysis (DOC) and diesel particulate filtration (DPF) system. The average conversion efficiency of hydrocarbons was close to 54% and filtration efficiency of the particle number emissions was around 92%. Characterization of the DOC and DPF substrate were conducted using microscopic imaging, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and particle size analysis (PSA). The results of FTIR study indicated the presence of carcinogenic agents trapped in the porous walls of the filter substrate. A model for microwave based regeneration system is proposed in this article and CFD analysis were conducted to determine the temperature and electric field distribution in the DPF substrate for a regeneration time of 180 s. Results of simulation showed that the microwave radiations raise the temperature close to soot oxidation temperature (873 K), ensuring effective regeneration.     

柴油机微粒捕集器再生技术的分析和研究

柴油机微粒捕集器技术是柴油机微粒排放控制的有效手段,其关键技术是过滤材料和再生方法。详细介绍了几种过滤材料和不同的再生技术,指出了各种技术的特点和主要问题。     

微波能应用于柴油机排气微粒过滤体再生机理的研究

本文介绍了微波加热的基本原理及选择性加热的特性.实现了用微波对陶瓷过滤体进行再生的构想.通过对微粒及陶瓷过滤体的微波特性测量和计算,得出了过滤体上的微粒是微波选择性加热的主要对象的结论.文中描述了微波再生试验的结果,其再生效果也由过滤体的失重试验加以证实.此外还介绍了作者开发的一套微波再生试验系统,由此可以对过滤体的再生情况和规律进行分析研究.     

生物柴油发动机的催化型连续再生系统的仿真研究

建立了CCRT系统模型,并根据试验参数对模型进行了标定。分别比较了不同工况下,燃用B20、BD50、BD100时DOC对常规排放气体的转化效率以及CPF的颗粒物再生情况。发现:DOC对NO的转换效率各工况差别较大,主要受排气温度影响;对CO及HC整体转化效率处于较高水平,去除效果较为理想。平衡时CPF内残留的颗粒物质量随转速升高而增加,随负荷增加而减少;低负荷、高转速工况是CPF再生效果最差的工况。随着生物柴油掺混比例的上升,DOC的NO_2出口浓度及NO转化效率上升,而对DOC的HC和CO去除效果影响较小; CPF残留颗粒物质量在高转速区域有所下降,而在中低负荷区域有所上升。主要原因是燃用生物柴油引发的排气温度降低和颗粒物排放降低。低负荷、高转速工况下,燃用BD50时CPF的再生效果最佳。     

Incineration of diesel particulate matter using induction heating technique

Incineration of diesel particulate matter for the regeneration of a mesh-type particulate-filter is achieved using induction heating technique. Heating of the diesel particulates deposited on the mesh-type particulate-filter at around 600 °C is investigated. In the case of the particulate filter, stainless-steel mesh-type filters are considered and the influence on filtering efficiency, the engine performance due to back-pressure generation is studied. Theoretical estimation shows that induction heating approach for the regeneration via exhaust gas heating requires high power (>3 kW). On the other hand, regeneration of mesh-type particulate-filter using induction heating technique requires a low input power of around 0.5 kW in the off-line condition. The proposed mesh-type particulate-filter allowed a filtration efficiency of around 30–40% at lower engine speeds and part loads. Particulate combustion through induction heating at static condition is studied and power required for mesh-type filter and sintered metal filter regeneration during engine operation is estimated theoretically.