国六柴油机颗粒物捕集器在工程应用中的关键问题分析

通过分析国六排放法规,并结合对OEM(Original Equipment Manufacturer)市场国六后处理技术的开发以及我国的特殊地理环境,总结了国六柴油机颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)开发的重点、难点问题。综合来看,开发高目数、薄壁、非对称孔道结构及高强度的DPF载体是国六柴油机面临的关键问题。同时,DPF的高原捕集再生特性也是值得深入研究的核心问题。新一代国六DPF主要面临以下技术难题:(1)DPF压降与捕集效率的折衷关系,尤其是对颗粒物数量(Particle Numbers,PN)的捕集效率需要在99%以上。(2)DPF的捕集再生特性决定了其作为流-固-热多场耦合装置需要与控制策略协同优化,才能避免DPF爆燃现象的发生,提高载体可靠性和耐久性。(3)高原地区低压、低氧的特殊环境导致发动机原排PM/PN较高,同时颗粒物理化特性变化较大,且山路驾驶工况复杂多变,对DPF的高效捕集再生及可靠性要求提出了更大挑战。

掺混PODE对DOC+CDPF氧化及再生特性的影响

在高压共轨柴油机上研究了使用掺混20%聚甲氧基二甲醚的柴油(D80P20)对搭载柴油氧化型催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)的后处理装置(DOC+CDPF)的影响,包括小负荷时的低温氧化特性和大负荷时的颗粒物加载和再生特性.研究表明:小负荷工况下在1400~2000 r/min内,DOC和DOC+CDPF对柴油排放的CO转化效率平均分别高达70%和90%,而对D80P20排放的CO转化效率则仅近19%和36%,燃用柴油时DOC和CDPF后端的排气升温现象较为明显,低温氧化特性优于D80P20;在大负荷低速工况下,燃用D80P20时,DOC前/后两端排气氧质量分数以及NO2排放均明显高于柴油,但CO原始排放和不透光烟度显著低于柴油.因而DOC+CDPF对D80P20的CO、PM氧化放热量较低,DOC后端温升明显低于柴油.此外,大负荷下DOC+CDPF对D80P20排放的CO净化效率和PM氧化再生效率高达近100%,DOC+CDPF前/后端压差峰值仅是柴油的1/3,其可显著降低CDPF的堵塞风险,减少主动再生频率.

掺混含氧燃料对柴油机氧化催化器+催化型柴油机颗粒捕集器氧化及再生特性的影响

为了研究掺烧含氧燃料对柴油机排放及柴油机氧化催化器(DOC)耦合催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)后处理系统低温氧化特性与再生特性的影响,基于一台4缸高压共轨柴油机,选取国五柴油、15%生物柴油柴油(D85B15)、15%正戊醇柴油(D85P15)、20%正戊醇柴油(D80P20)作为燃料,在1900m海拔环境下进行了试验。研究表明:在外特性工况下,与柴油相比,燃用D85B15和D85P15的柴油机动力性略有下降,燃用D85P15的柴油机有效热效率最高。燃用D85B15的NO x排放略低于柴油,最高降低3.33%;而D85P15的NO x排放有所增加,最高增加2.85%。在低负荷工况下燃用国五柴油时DOC+CDPF对CO的转化效率明显高于燃用D80P20时,2000r/min时燃用柴油时CO转化效率高达96.8%,而D80P20只有36.9%。低速高负荷工况下燃用国五柴油与D80P20时,DOC对排气温度的提升作用均比较明显,平均提升41.8℃和42.5℃。燃用D80P20时DOC+CDPF压差升高较慢,压差最高比燃用国五柴油低6kPa,DOC后端平均温度比燃用国五柴油高10℃。柴油机燃用D80P20在高负荷尤其是低转速高负荷时可有效降低颗粒物排放,降低DOC+CDPF压差。

柴油机后处理装置高海拔试验研究

搭建了重型柴油机加装DPF,CDPF,DOC+CDPF的高原试验台架,研究分析了发动机性能、后处理装置的温度和压差。结果表明,加装3种后处理装置,发动机动力性和经济性均有不同程度下降,其中DOC+CDPF下降幅度最大;3种后处理装置排放性均有不同程度改善,其中碳烟捕集效果均比较高,加装CDPF和DOC+CDPF的后端CO排放均趋近于零;DOC+CDPF方案中,CDPF前端的温度明显升高,促进碳烟在CDPF中再生;随转速的升高,单独加装CDPF前后端压差不断增大,在高转速时逐渐平稳,DOC+CDPF方案中,CDPF前后端压差先增大后趋于平稳再逐渐减小,综合性能DOC+CDPF方案最好。