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。     

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再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)再生性能测试台架,研究了入口过渡段长度、再生温度和再生时间对其再生性能的影响,同时也探索了DPF再生时出口颗粒物数量浓度排放性能的变化规律.结果表明:随着过渡段长度的增加,再生效率和效能比先保持不变,后逐渐降低,继而又趋于稳定,DPF内部最高温度与最大温度梯度均呈逐渐降低的趋势.再生温度的增加会使再生效率和效能比先缓慢增加而后迅速增加,但DPF内部最高温度和最大温度梯度呈线性增加的趋势.碳黑沉积较为均匀时,再生时间的增加能够在一定程度上提高再生效率,提高再生温度将会出现再生时间拐点,且随着再生温度的增加,再生时间拐点提前,拐点之后继续增加再生时间,再生效率增加量较小.DPF出口颗粒物总数量浓度和粒径分布与其内部沉积的碳黑分布特性具有较大关系,无过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小的趋势,加装50 cm过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度逐渐减小.     

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．     

DPF再生时出口气体和颗粒排放特性的试验

基于再生性能测试台架,采用便携式固体颗粒物计数仪(Nanomet3)和气体分析仪,研究了不同再生温度与来流流量下柴油机颗粒捕集器(DPF)再生时出口气体和颗粒的排放特性.结果表明:DPF再生存在快速再生期,随着再生温度升高,快速再生期的时间缩短,使DPF出口的CO和CO_2体积分数增加、排放的积聚态颗粒物增加且再生效率和效能比提高.随着来流流量增加,快速再生期的时间延长,DPF出口的CO和CO_2体积分数减少.在来流流量为25.2 g/s时积聚态颗粒明显减少,但再生效率和效能比也最低.根据出口气体排放情况可以清晰反映DPF的再生情况,为再生策略制定提供重要的试验参考.     

DOC对柴油机颗粒物排放影响的试验研究

基于柴油机台架试验,在一款柴油机上加装了DOC装置,研究了DOC前后颗粒数量浓度、DOC前后颗粒SOF含量和活化能变化趋势。研究结果表明:DOC能降低核模态颗粒数量浓度和积聚态颗粒数量浓度,但随着转矩增加,DOC反而会使积聚态颗粒数量浓度增加。DOC对颗粒总数量浓度的影响随柴油机转矩的增加呈现先降低后增加的趋势。在转矩为50N·m和100N·m工况下,DOC能使颗粒SOF组分含量降低,使颗粒的表观氧化活化能升高。此外,排气颗粒的表观氧化活化能随SOF含量的增加整体上呈下降趋势。     

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     

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。     

柴油机颗粒捕集器再生平衡仿真研究

建立了基于GT-Power的柴油机颗粒捕集器(DPF)仿真模型,通过模拟计算对DPF再生过程,排气流量、颗粒物载荷量对再生平衡点温度的影响进行了研究.首先通过对DPF再生过程的仿真验证了模型的正确性.对再生平衡温度的模拟计算结果表明:在一定排气流量或颗粒物载荷量下,DPF再生平衡点温度均在很小的区间内变动,即DPF的再生过程受温度影响很大,只在很小的温度区间内达到平衡,并且DPF再生平衡温度随着排气流量的增加而升高,随着颗粒载荷量的增加而下降.     

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。     

车用柴油机颗粒过滤器载体温度分布研究

在标定柴油机颗粒过滤器(DPF)再生温度的过程中,需要掌握DPF载体内的温度分布情况,然后根据温度分布及温度梯度,确定合适的再生目标温度及颗粒物的质量。通过试验的方法研究了回归怠速工况下的DPF载体温度场分布。结果表明:在怠速跌落工况(DTI)下,DPF载体内的最高温度基本出现在DPF载体径向中心线,且靠近DPF出口端面的位置处。在保持再生目标温度不变的条件下,DPF载体内的最高温度随着颗粒物质量的增加而升高,且到达最高温度点所需时间随着颗粒物的增加而缩短,然后当颗粒物增加到一定程度后,所需时间延长。     

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。     

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8 g/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;通过AVL MSS-483烟度计在NRTC工况下分别测量发动机原排、再生前DPF后、再生后DPF后的颗粒物(PM)质量浓度,获得了降怠速再生后的PM质量浓度过滤效率.结果表明:碳载量为8 g/L时,随再生温度降低,DPF内部最高温度变高,降怠速再生导致载体损坏的风险变大;再生前DPF对PM的过滤效率高达99.95%,再生后降至97.10%.再生温度为600℃、碳载量为12 g/L时,DPF内最高温度超过1500℃,碳化硅载体损坏,DPF对PM的过滤效率降至87.30%,碳载量为8 g/L及10 g/L时,载体均未损坏.     

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。     

喷油策略对汽油压燃颗粒物排放特性的影响

在一台单缸柴油机上研究了喷油参数(预主喷间隔角、预喷比例、主喷时刻和喷油压力等)对汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)颗粒物排放特性的影响。研究结果表明:喷油策略对缸内油气混合及进一步对燃烧过程的影响是其影响颗粒物排放特性的主要因素。在设定的研究工况下,随预主喷间隔角增大,积聚态颗粒数量浓度下降,但核态颗粒数量浓度基本不变,颗粒物中的核态和超细颗粒比例明显升高;增大预喷比例,核态颗粒和积聚态颗粒数量浓度均大幅降低,颗粒物中的核态和超细颗粒比例变化较小;主喷时刻提前,颗粒物数量浓度下降,平均粒径减小,数量浓度峰值向小粒径方向偏移;提高喷油压力可有效降低积聚态颗粒数量浓度,缩小缸内生成颗粒物的粒径范围,但对核态颗粒的数量浓度影响较小。     

过滤速度对DPF内颗粒沉积特性影响的试验研究

基于柴油机颗粒过滤器(DPF)沉积过程可视化台架,在不同过滤速度下研究颗粒物在DPF载体切片上的堆积密度、颗粒层渗透系数及孔隙率。研究结果表明:在自然堆积状态或过滤速度0.15m/s时,碳黑的堆积密度分布在90kg/m3左右;当过滤速度0.15m/s时,ZS1100与DK4A柴油机颗粒物的堆积密度大于碳黑堆积密度,分布在100kg/m3左右;随过滤速度的增大、颗粒粒径减小及SOF含量的增加,颗粒的堆积密度先快速增大,后逐渐趋于稳定值;随颗粒层厚度的增加,过滤压降呈现典型的三阶段变化;随过滤速度的增加,颗粒层渗透系数和孔隙率呈先快速降低,后逐渐趋于稳定值的趋势。     

EGR与喷油定时对柴油机预混燃烧颗粒排放的影响

采用试验方法研究了小负荷单次早喷射模式下EGR率和喷油定时对柴油机预混燃烧过程和颗粒排放的影响.结果表明:当喷油定时处于45°~35°,CA BTDC、EGR率不超过60%,时,积聚态颗粒物数浓度受EGR影响而增加的趋势较为缓慢,此时平均粒径大小在50~60,nm;当EGR率超过60%,达到70%,时,积聚态颗粒物数浓度急剧增加,此时数浓度的最大值所对应的平均粒径却减小到30~40,nm.当喷油定时处于30°~26°,CA BTDC时,积聚态颗粒物数浓度受EGR影响并不明显.随着喷油定时的推迟,核态颗粒物数浓度逐渐升高.当ηEGR≤60%,,总颗粒物数浓度受EGR率变化影响不大,但随喷油定时的推迟呈现逐渐升高的趋势,与核态颗粒物变化趋势一致;当ηEGR60%,,总颗粒物数浓度随EGR率升高急剧增加,这是积聚态和核态颗粒物共同作用的结果.     

乙醇-柴油混合燃料燃烧和颗粒尺寸分布

通过台架试验研究了乙醇的添加对柴油机燃烧和排放的影响,尤其对排气中颗粒物尺寸分布进行了深入探讨.结果表明:随着混合燃料中乙醇质量分数的增加,滞燃期增长,燃烧持续期缩短,同时发动机的等效燃油消耗率降低,热效率略有增加;在颗粒物(PM)排放方面,乙醇的添加使得积聚态颗粒数量减少,核态颗粒数量明显增加,尺寸分布的峰值向小粒径方向移动;颗粒的总数量浓度呈上升趋势,但颗粒物的总质量浓度减少.此外,乙醇的添加会增加氮氧化物(NO_x)排放.     

NTP再生DPF孔道内沉积颗粒物的理化特性

利用低温等离子体(NTP)喷射系统对已捕集颗粒物(PM)的柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了低温(100℃)再生试验，并对DPF孔道内不同再生阶段的颗粒沉积物取样分析，通过热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱分析仪探究了DPF孔道内颗粒沉积物的氧化特性、纳米结构及石墨化程度的理化特性变化规律．结果表明：随着NTP再生DPF阶段的推进，DPF孔道内颗粒沉积物中元素碳(EC)组分的最大氧化速率温度(T_max)和燃尽温度(T_e)均明显降低．颗粒物团絮结构中较为薄弱的部分在NTP氧化作用下先断裂，分解成链状结构；初级碳颗粒的平均微晶长度减小，平均微晶层面间距增大．由于NTP活性物质O不断键入PM中，在PM微晶边缘处生成新的含氧官能团，使得PM样品的无序程度及无定型碳含量增加，PM的氧化活性提高．     

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。