发动机颗粒排放和再生频率对汽油机颗粒捕集器效率的影响

汽油机颗粒捕集器(GPF)是1种重要的排放后处理系统,能使汽油缸内直喷(GDI)发动机达到现行的排放标准。现行标准规定的非挥发性颗粒物直径大于23.0nm。然而,随着排放法规的逐渐严格,GPF过滤效率需要进一步提高,并且可能会对直径低至10.0nm的非挥发性颗粒物排放进行限制。GPF过滤效率取决于在发动机运行期间聚集在GPF上的炭烟量。在车辆运行期间,当排气温度足够高且含有足够的氧气时,GPF通常是“被动”再生的。研究了发动机废气颗粒数排放(PN)和GPF再生频率对GPF过滤效率的影响。采用2种GPF技术,分别在2台发动机台架上进行了测试,并匹配2台量产车在转毂台架上进行了测试。试验发动机颗粒物排放数量分布的带宽很广,几乎达到1个数量级,更具实际排放代表性。GPF的过滤效率通过符合规定的颗粒数系统(非挥发性颗粒直径大于23.0nm、下限为2.5nm)的粒子计数器,以及差分迁移率光谱仪进行测量计算获得。结果显示,GPF有规律地达到可再生的条件,并且GPF的平均驾驶循环过滤效率高度依赖于发动机颗粒物排放量;当发动机颗粒物排放量增加约1个数量级时,GPF的过滤效率显著提高。研究表明,根据发动机颗粒物排放量选择合适的GPF技术非常重要。     

稀燃条件下甲醇汽油混合燃料颗粒物排放特性

在1台GDI增压汽油机上,进行了稀燃发动机燃用M0,M10和M20(其中M0为汽油,M10为甲醇体积分数10%、汽油体积分数90%的混合燃料,以此类推)甲醇汽油混合燃料的试验,研究了在稀燃条件下甲醇汽油混合燃料对GDI发动机颗粒粒径分布特性、数量浓度特性和质量浓度特性的影响。试验结果表明:在稀燃条件下,随着甲醇比例的增加颗粒数量浓度峰值逐渐增大,颗粒数量浓度随粒径分布呈现出双峰分布;颗粒中的核态颗粒和积聚态颗粒的总数量都随甲醇比例的增加而增加,其中M20的积聚态和核态颗粒数量浓度最大;颗粒粒径峰值都随着甲醇比例的增加逐渐增大,并且核态颗粒粒径峰值主要集中在20.54~31.62nm,积聚态颗粒粒径峰值主要集中在56.23~100nm;颗粒质量浓度随甲醇比例的增加而增大,粒径分布在316~700nm的积聚态颗粒明显增多,积聚态颗粒质量浓度随粒径分布的范围明显增加,质量浓度也相应增加,而粒径分布在56.23~316nm范围内的颗粒质量浓度却在降低。     

铁基燃油添加剂对柴油机颗粒排放影响的试验研究

基于发动机试验台架,对柴油中添加微量的铁基燃油添加剂进行了试验,从颗粒物数量浓度和粒径的分布特性、排气烟度、颗粒物的氧化特性等方面研究了燃油添加剂对柴油机颗粒物排放的影响。研究结果表明：燃油添加剂能降低柴油机排气温度和排气烟度。加入添加剂后,核模态颗粒数量浓度增加,峰值粒径也增加;积聚态颗粒数量浓度无明显变化;颗粒物总数量浓度增加,但添加剂浓度对颗粒数量浓度影响较小。添加剂使颗粒物中SOF含量增加,同时也使得微粒的氧化表观活化能和起燃温度都降低。     

缸内直喷汽油车WLTC颗粒物排放试验研究

对某国Ⅴ排放水平缸内直喷汽油车进行WLTC排放试验,并对颗粒物质量、数量、粒径分布和组分进行研究。结果表明,该车颗粒物质量排放为1.8 mg/km,固态颗粒物数量排放满足国Ⅵ过渡限值,起动、加速工况固态颗粒物及总颗粒物数量排放增大,减速工况、热机起动时减小;颗粒物以100 nm以下的超细颗粒物为主,呈双峰分布形态,在10 nm、60 nm附近取颗粒物数量排放峰值;颗粒物可溶性有机组分主要为脂肪酸。     

DPF降怠速再生温度场及碳载量分析

基于柴油颗粒捕集器(DPF)降怠速再生特性，对比研究了碳化硅载体在不同碳载量下通过降怠速再生时的温度特性，得出了碳化硅载体的最大碳载量。试验采用HORIBA SPC-2300颗粒计数器和AVL 472部分流颗粒分析仪测量颗粒物数量(PN),通过对比降怠速再生后的PN与法规限值来判断DPF状态。试验结果表明：随着碳载量的增加，DPF的最高温度和最大温度梯度逐渐增大，而再生效率会随之提升，残余碳载量减少。降怠速再生时，碳化硅载体后端温度高于前端温度，中心温度高于四周边缘温度。碳载量11 g/L时DPF后端中心温度达到1 171℃,再生后进行法规认证循环，DPF对颗粒物的过滤效率显著降低，碳化硅载体出现裂纹，表明碳载量过大，已超过碳载量上限值。     

车用高压共轨柴油机瞬态工况微粒排放粒度分布的分析

对高压共轨柴油机稳态与瞬态工况下的微粒排放粒度分布进行了实验研究。结果表明,高压共轨柴油机排气微粒粒径大部分处于250nm以内,超细微粒占绝大多数。稳态工况下,随负荷增加微粒数量浓度分布曲线峰值逐渐向大粒径方向移动,大负荷工况下峰值开始进入积聚态区域。在瞬态工况下,微粒粒度分布曲线呈单峰形态,平均数量浓度分布峰值位于核态区域,峰值区间为15~25nm。在同一负荷(当量比0.5)下,稳态工况的核态微粒的数量、表面积和体积浓度均较稳态工况大幅度上升;随着瞬变率的增大,核态微粒数量浓度增加而积聚态微粒数量浓度下降。     

柴油机微粒捕集器复合再生策略的试验研究

提出了一种起燃器+燃油携带催化剂+氧化催化器的微粒捕集器再生方法,介绍了该再生系统的设计:出了查询转速-负荷-背压三维脉谱图的再生时机判断策略:立了以温度极限与温度分布均匀性为控制目标的再生温度控制策略.台架颗粒物加载和再生试验结果表明,再生系统中的燃油携带催化剂能有效降低颗粒物着火温度,系统能准时进行再生提示,过滤体内温度分布均匀,再生效率达到95%以上.     

柴油机颗粒捕集器热再生的影响因素研究

利用GT-Power软件建立柴油机颗粒捕集器(DPF)的热再生模型,运用离线再生的方法进行DPF的热再生试验,用试验结果验证模型的准确性。结合模拟和试验的结果,分析了DPF结构和运行参数对热再生过程中壁面峰值温度、最大温度梯度、再生持续时间的影响。结果表明,再生时的壁面峰值温度和再生速率随壁厚、CPSI、过滤体长度的增加而降低,再生过程中的壁面峰值温度随再生加热温度和碳烟累积量的增加而增加,随入口流量的增加而减小,提高再生气体中的氧浓度有助于提高总体的再生速率和再生效率,但会增加再生时的壁面温度和温度梯度。     

公交车用柴油发动机颗粒物排放特性的试验研究

测量了一台公交车用柴油发动机在15种稳态工况下颗粒物排放的数目及质量浓度。分析了各种稳态工况下颗粒物排放浓度随粒径大小变化的分布特征,研究了发动机转速和负荷对颗粒物排放的影响关系。结果表明:该发动机排放的颗粒物主要分布在0~1.58μm之间,而最为集中的分布在28~259nm之间;发动机转速变化对小粒径颗粒物排放浓度的影响比较明显,而大颗粒物排放浓度的变化受发动机负荷的影响更大。     

柴油机微粒捕集器定工况主动再生条件的试验研究

柴油机尾气后处理系统采用仅安装氧化催化转化器方案,通过试验确定了柴油机微粒捕集器定工况主动再生时所需的入口条件,通过对发动机不同工况排气温度的测量确定了微粒捕集器定工况主动再生的发动机工况点,得出了主动再生时排气管中所需喷入液化石油气的喷射脉宽.试验中氧化催化转化器对HC的转化效率达到了90%以上,满足了再生期间对催化...     

CDPF再生性能的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了来流参数和灰沉积对催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律,并比较了DPF和CDPF在再生性能上的差异。结果表明:随着来流温度的增加,载体的最高温度和最大温度梯度先保持不变,后迅速增大,再生效率和效能比也逐渐增大;随着来流温度脉冲持续时间的增长,载体的最高温度基本保持不变,最大温度梯度略有增大,再生效率逐渐增大,但效能比却逐渐降低;随着灰沉积量的逐渐增大,载体的最高温度和最大温度梯度基本保持不变,再生效率和效能比却逐渐降低;在来流温度为475℃时,相较于DPF内碳黑基本不发生反应,CDPF内碳黑发生剧烈氧化,最高温度和最大温度梯度升高,再生效率和效能比也随之升高。     

DOC辅助DPF再生的二次污染研究

在氧化型催化转换器(DOC)前端的排气管中喷入柴油,通过提高柴油机尾气温度、燃烧并去除柴油机微粒捕集器(DPF)中的PM,实现了DPF再生。对整个再生过程中尾气成分进行分析和计算,发现碳氢化合物(HC)为主要二次污染物,且排放相对较大。通过试验方法,分别研究喷油流量和喷油时DOC前端排气温度对再生过程中HC排放的影响,并依此提出保温处理、分阶段喷油和低速再生等三项优化措施。优化后再生过程中HC排放降低了68%,且燃油经济性提高了21%。     

一种基于神经网络的氧化催化器出口温度控制方法

氧化催化器(DOC)出口温度控制是实现颗粒捕集器(DPF)主动再生控制的关键。本文介绍一种基于神经网络的氧化催化器出口温度控制方法,首先结合DOC系统的实际特征以及DOC传热及化学反应特性建立了一阶延迟DOC出口温度模型,然后在温度模型基础上基于神经网络建立了DOC出口温度预测模型,最后将DOC出口温度预测值作为闭环反馈输入建立反馈控制器计算HC喷射量进而控制DOC出口温度。本方法采用整车试验中连续变化工况来验证,试验结果表明DOC出口温度在DPF再生过程中控制在600±20℃范围内,满足DPF精确再生控制要求。     

Reaction characteristics of the diesel oxidation catalyst of particulate matters from the diffusion flame of a oiler burner

The objective of this experimental study is to investigate the characteristics of the size distribution and the number concentration of PM (particulate matters) emitted from the diffusion flame of a boiler burner, which has the same type of combustion as a diesel engine. This study is performed to investigate the emission characteristics of nanoparticles generated from diffusion combustion in diesel fuel, and it considered fuel factors and the reaction characteristics of the nanoparticles on the DOC (Diesel oxidation catalyst). The factors examined in this experiment included the sulfur content in the fuel, the blend of the diesel fuel containing biodiesel and bio-ethanol, and the concentration of engine oil (0.1% and 1.0%) blended with diesel fuel. The particle size distribution of the nanoparticles exhausted from the boiler burner was measured by an SMPS (scanning mobility particle sizer). The number concentration of PM that were smaller than 70 nm in diameter greatly increased in the rear of the DOC when fuel containing 250 ppm of sulfur was used. The experiment also suggested that the particle number concentration in both the front and rear of the DOC was lower when ULSD (ultra low sulfur diesel) fuel blended with biodiesel and bio-ethanol, which are oxygenated fuels, was used than when only ULSD fuel was used. The higher the content of engine oil in the fuel, the higher the particle number concentration was in the front and rear of the catalyst. When the first dilution air temperature is increased from 30°C to 180°C, the nanoparticle number concentration dramatically dropped in the rear of the catalyst when fuel containing 250 ppm of sulfur was used, while the particle size distribution remained almost the same when the fuel with engine oil was used.     

测量条件对柴油机排放PM尺寸分布的影响

研究了不同测量条件对柴油机PM尺寸与浓度分布测量的影响,在一台单缸柴油机上用SMPS测量装置测量了不同运转条件下柴油机PM排放,试验中采用不同的稀释比、稀释空气温度、取样点位置等,在大量的试验研究基础上,分析了柴油机PM排放的特征和主要影响因素。结果表明,随稀释比增加,PM尺寸趋向于累积模式分布或粗粒子模式分布,其浓度趋于降低;随着稀释空气温度的升高,PM质量和数量也相应降低,低负荷时PM峰值浓度移向细小颗粒的碳核模式区域;取样点位置远离排气出口,PM浓度逐渐减小,累积模式尺寸的PM数增多。     

柴油机微粒捕集器催化再生技术

柴油机微粒捕集器（DPF）能降低柴油机的微粒（PM）排放量,文章提出了DPF催化再生技术方案,将氧化催化器（DOC）与DPF相结合,通过DOC催化氧化未燃HC等来提高排气温度达到微粒着火温度500～600℃,点燃微粒从而完成再生过程。以YN4100QB–1A柴油机为研究对象,对不同喷油量下的DPF升温特性进行了试验研究,试验结果表明：当喷油量大于60mL/min时,再生系统能迅速将排气温度提高到500℃以上。可变喷油量的喷油控制方案可使DPF升温平缓,降低再生造成的二次污染。     

基于添加剂和电加热的柴油机DPF再生技术研究

提出了基于添加剂和电加热的柴油机微粒捕集器再生技术,以柴油添加剂与电加热相结合的方式,利用柴油添加剂降低微粒起燃温度,再生时补充少许空气,只需少量的电能就可以点燃微粒,通过其自身火焰的蔓延来完成整个捕集器的再生。以SOFIM8140.27柴油机为对象,对微粒捕集及再生方案进行了大量试验研究,证实了该设计方案具有捕集效率高、再生可靠和车载实用等优点,能够适应我国的燃油品质。     

Pressure drop and heat transfer of catalyzed diesel particulate filters due to changes in soot loading and flow rate

When soot particles are loaded in a diesel particulate filter, it causes increase in back pressure of the exhaust system. To minimize this pressure drop due to DPF, the filter needs to be regenerated after a certain amount of soot has been accumulated. It is crucial to estimate the correct amount of soot that has been accumulated by measuring the differential pressure. It is also important to understand changes in pressure drop due to flow rate variations of the exhaust gas, since the pressure drop would be influenced by the exhaust flow rate as well as the amount of soot. Furthermore, the heat transfer characteristics of the catalyzed diesel particulate filter (CDPF) are another major issue, as the filter is occasionally exposed to high temperature gas. This study presents the characteristics of pressure drop according to the variation of soot loading and the mass flow rate in CDPF. In addition, heat transfer characteristics in the filter was investigated when a high temperature gas flows into the CDPF. Tests were performed in several CDPF samples having varying amounts of catalyst coating. Experimental results indicate that rig-based experiments are useful in understanding the characteristics of pressure drop in the CDPF. In the cake filtration region, a pressure drop has a proportional relationship according to soot loading and mass flow rate. It was found that an increased catalyst coating may lead to enhanced convective heat transfer.     

纳米燃油添加剂对柴油机颗粒物排放特性的影响

在186FA柴油机上对质量分数为50mg/kg和100mg/kg的CeO2或Co3O4纳米颗粒-柴油混合燃料进行颗粒物排放特性台架试验,采用扫描电镜和热重分析仪对采集到的颗粒物样品进行微观结构形貌及热重特性分析。结果表明:纳米CeO2和Co3O4颗粒均可改善柴油机颗粒物排放,与0号柴油相比,混合燃料颗粒物比排放量下降16.4%~35.9%;混合燃料颗粒物排放的粒径分布仍呈单峰分布的特点,峰值均在0.56~1.0μm区间内,微观形态下的粒径和孔隙率明显变小,团聚程度提高;混合燃料燃烧过程中颗粒物发生氧化反应的起燃温度、失重率峰值温度及燃尽温度均有所降低,最大失重率明显增加。