极限碳载量下催化型柴油机颗粒捕集器再生特性研究

基于某高压共轨柴油机搭建了三维催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)模型,研究了极限碳载量下不同结构CDPF的再生特性,分析了不同极限碳载量条件下灰分量及灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:极限碳载量下对称孔道结构(symmetrical cell technology,SCT)和非对称孔道结构(asymmetric cell technology,ACT)CDPF最高温度峰值随着极限碳载量增加而上升,不同结构CDPF压降随着极限碳载量的增加而上升且差距明显。随着极限碳载量的升高,CDPF载体温度及碳烟再生速率上升迅速且峰值明显增高。极限碳载量下,CDPF压降及载体最高温度随着灰分量的增加而上升,不同结构CDPF压降特性差异较大,SCT结构载体最高温度高于ACT结构,CDPF碳烟再生速率随灰分量的增加先上升后下降,在灰分量高时碳烟再生速率上升快且峰值高。极限碳载量下,相同灰分分布系数的不同结构CDPF压降差距明显,SCT结构压降整体高于ACT结构,不同结构CDPF碳烟再生速率和载体温度均随灰分分布系数的增加先上升后下降。

柴油机颗粒捕集器极限碳载量测试方法研究

本文在发动机台架上进行DTI试验确认最恶劣DTI条件,并基于该条件进行降怠速(DTI)再生耐久试验进行验证,结果表明:在碳载量和再生温度一定的条件下,DTI时刻决定了柴油机颗粒捕集器(DPF)载体的最高温度;DTI耐久试验中柴油机颗粒捕集器(DPF)载体一旦开裂,需要降低碳载量重复进行DTI耐久试验,直至足够DTI耐久试验后DPF载体仍然不产生裂纹,从而可以确认极限碳载量。

柴油机碳烟颗粒物捕集器设计与试验

提出以聚丙烯腈基碳纤维毡作为柴油机碳烟颗粒物捕集介质的方法,研制出聚丙烯腈基碳纤维毡碳烟捕集器。在CC485型柴油机上的试验结果表明:该碳烟捕集器具有较高的捕集效率,所产生的排气压降对柴油机工作性能的影响不大。

等离子体催化再生颗粒捕集器平台的设计与应用

针对船舶颗粒捕集器再生过程中的碳烟低温氧化问题,设计了一套基于等离子体催化的实验平台。该平台由气体供给、等离子体催化、等离子体发生及监测和尾气检测装置四部分构成。平台可以Printex-U标准碳烟为模化物,开展不同工况下碳烟氧化的教学与探索性实验。借助该平台通过展示不同工况下柴油机碳烟的氧化过程,可以帮助学生融合主推进动力装置、工程热力学、大学化学和环境催化等专业课知识,更好地掌握船舶尾气减排与大气污染防治技术,培养学生解决复杂工程问题的能力和创新意识。

柴油机颗粒过滤器再生过程的碳氢喷射模拟( 英文)

为满足严格的重型柴油机排放法规,柴油催化氧化器(DOC)和催化型柴油颗粒捕集器(CDPF)得到了广泛的应用。碳氢喷射(HCI)是一种实现DPF主动再生的有效方法。该文通过改变柴油喷嘴位置来优化DOC入口的碳氢化合物(HC)分布。使用计算流体力学软件AVL-FIRE,建立了DOC-CDPF模型,用软件内置HCI喷雾模型,对喷射器的安装位置和喷射方向进行了数值模拟。模拟结果显示:喷射器的位置对HC分布有很大的影响,喷射器位置距离DOC越远,DOC入口处的HC混合均匀性越高,这是因为喷雾在DOC前有更长的距离和时间形成均匀混合气;排气管喷射柴油可以使DPF入口温度达到550℃,满足了CDPF主动再生的需求。

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.

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。

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。

汽修车间柴油机排出碳烟颗粒净化处理的研究

研制了一种具有自动再生、净化效果良好的燃烧净化器加捕集器装置。在 X195柴油机上的试验结果表明 ,该捕集器能够在柴油机较宽转速和负荷范围内有效净化柴油机排气中碳烟颗粒 ,净化效率高达 90 %左右。从燃烧净化器加捕集器装置的结构看 。

新型柴油颗粒捕集器再生系统

柴油颗粒捕集器(DPF)已是柴油机达到排放法规限值不可或缺的附件。但是,在排气后处理系统内,要烧尽碳烟颗粒以实现DPF再生仍然是一种挑战。德国HJS公司开发的旁通式催化燃烧器再生系统就是一种用于实现DPF主动再生的系统,它涉及到碳氢化合物的两级电热辅助无火焰转化,并可在低温范围内应用。

基于碳氢喷射系统工况的DPF再生实验研究

通过发动机台架实验,在设定氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)和颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)入口温度的条件下,研究了排气尾管燃油喷射频率和碳氢混合器对DOC的碳氢化合物的转化性能,得出了DOC性能的变化规律,并通过了整车验证。实验结果表明:DPF入口温度和碳氢喷射量得到了较好控制,驻车再生效率达94%,行车再生效率达90%,整车油耗改善了3.3%。

汽油机颗粒捕集器早期失效的故障诊断研究

部分轿车汽油机排气系统中装的颗粒捕集器(GPF)在使用过程中存在堵塞现象,会引起GPF早期失效,导致轿车动力下降、油耗增高、汽油机故障报警,严重影响车辆正常行驶。针对上述故障现象,根据汽油机颗粒捕集器结构原理、碳烟和灰分产生机理,结合轿车使用工况和轿车维护状况进行诊断,合理优化再生方法,分析早期故障产生原因,提出了一套合理的使用和维护方法,可避免汽油机颗粒捕集器早期失效,延长使用寿命。

柴油机DPF孔道内积碳层的运动及分布特性

为研究积碳层对柴油机颗粒捕集器(DPF)堵塞失效的影响,采用连续流体介质与固体颗粒层离散元耦合的方法,结合DPF可视化试验加以验证,研究DPF孔道内不同形状、尺寸和厚度的积碳层运动以及分布.结果表明:积碳层表面积越大,发生拥塞的位置越靠近孔道后段;圆形轮廓的积碳层易于相互堆叠,三角形轮廓的积碳层拥塞段会集中于孔道中段,正方形轮廓的积碳层拥塞段的结构较为稳定.积碳层长度与DPF进口孔径比例为0.5时,拥塞段的密度与长度会明显增加,但是拥塞段的稳定性会降低.随着积碳层厚度增加,拥塞段的位置会靠近孔道前段.

“HRT”非对称孔道颗粒捕集器压降特性

为有效控制颗粒捕集器压降,延长清灰里程,本文提出了一种“HRT”非对称孔道结构颗粒捕集器。搭建了“HRT”非对称孔道和其他类型孔道的一维计算模型,对比分析了颗粒捕集器孔道内流动及压降变化情况。研究结果表明:不同孔道边长比下“HRT”非对称孔道结构的压降性能存在一定差异,孔道边长比为3.0时压降性能最好,且孔道内碳烟分布均匀;HRT3.0结构能够有效增加过滤壁面表面积和过滤壁面容积占比,有利于降低过滤壁面压降和滤饼层压降;不同排气流量下HRT3.0结构的压降性能均优于SQ和SQ1.4结构,排气流量越大HRT3.0结构的绝对压降下降越多。在发动机额定工况下,当碳载量为8 g/L时,HRT3.0结构的总压降比SQ结构低20.9%,比SQ1.4低9.4%。

柴油机颗粒捕集及其再生技术研究现状

随着国六及非道路四阶段排放标准的实施,颗粒捕集技术作为控制柴油颗粒物的主要技术,使柴油机颗粒物捕集器(DPF)成为满足当前严格排放标准的关键部件。本文介绍柴油DPF捕集原理及再生机理,分析国内外在DPF捕集效率、再生技术、研究方法等方面的研究现状,通过归纳分析不同技术的特点,为柴油机DPF的后续研究和优化方向提供参考。

柴油发动机排放微粒捕集器再生技术

当今世界，节能减排成为各国政府和全人类共同关注的焦点，柴油发动机尾气排放成为不可忽视的问题。与汽油发动机相比，虽然柴油发动机的一氧化碳、碳氢化合物排放量比较低，氮氧化合物的排放量与汽油发动机处于同一数量级，但其微粒排放量约为汽油发动机的30～80倍，是柴油发动机最主要的排放污染物。

规则孔结构CeO_(2)设计和汽油车颗粒物氧化催化剂Rh/CeO_(2)的制备及性能研究

汽油车排放的颗粒物粒径小,数量大,不易沉积,对人体及环境危害大。在其尾气排气管中安装颗粒物捕集器(Gasoline particulate filter,GPF)是减少颗粒物排放最有效的手段;需要在GPF表面涂覆催化剂以维持其高效的捕集能力和再生性能,核心是催化剂。然而,碳烟(颗粒物模型物)催化氧化是典型的“气-固-固”三相界面反应,催化剂与碳烟的接触效率以及对气相氧的活化能力是关键。本工作以共聚物微球为模板制备了具有40 nm和80 nm孔径且贯穿孔结构的CeO_(2),并采用浸渍法制备Rh/CeO_(2)催化剂;系统地研究了孔径对催化剂-碳烟接触效率及Rh负载对气相氧活化能力的影响,从而探究其对碳烟氧化活性的影响。实验结果表明,通过共聚物微球模板法合成的CeO_(2)的催化活性优于商业化的CeO_(2),且孔径越大活性越好;结合表征结果说明本工作合成的80 nm贯穿孔结构CeO_(2)具有最大的储氧量且气相氧的活化能力最好;Rh负载CeO_(2)后,催化剂活性明显提高。

润滑油灰分对GPF耐久性及碳烟再生性能的影响

为探究润滑油中灰分对汽油机颗粒捕集器(GPF)耐久特性以及碳烟再生性能的影响,基于快速积灰法进行了台架试验、整车试验和断层扫描(CT),分析了发动机扭矩、排气系统背压、灰分质量、排放效果以及CT剖面图等多项数据。结果表明:润滑油灰分等级越高,产生的灰分越多,被捕集到GPF内的灰分比例也越大;积累在GPF中的灰分会导致发动机的性能下降,但气体排放得到优化;少量灰分可提高碳烟再生速度,但灰分过多或无灰都会使再生速度降低。

基于EDEM-CFD的柴油机DPF孔道内积碳层堵塞特性研究

为探究柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)内部积碳层运动引起的堵塞故障,该研究采用积碳层运动与分布可视化试验,并结合离散单元法(E-Discrete Element Method,EDEM)与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),分别对对称、非对称(ACT)结构D型及O型3种DPF孔道内部的流场压降、积碳层运动及堵塞特性进行分析。结果表明:3种结构的DPF进气孔道中心流速相差较小,但排气孔道中心流速相差较大,ACT结构O型排气孔道的出口流速最快,比对称结构快47 m/s;ACT结构O型的静压差最大,是ACT结构D型静压差的1.4倍,是对称结构的3.3倍;在3种结构的DPF进气孔道中,90%以上的积碳层发生了运动,对称结构的堵塞最严重,在进气孔道前、中、后段均形成了堵塞;ACT结构D、O型DPF的堵塞程度较轻,在进气孔道中、后段形成堵塞,且O型堵塞情况好于D型;积碳层密度越大,堵塞位置越靠近进气孔道入口端,导致进气孔道的有效空间减少;积碳层密度越大,进气孔道内的最大堵塞密度反而减小,表明气体通过堵塞段的流通性能有所改善。相比之下,对称结构DPF的孔道堵塞虽严重,但未经碳加载时的静压差小于2.4 kPa,而ACT结构的孔道堵塞程度轻,静压差却极大,D型最高可达6.3 kPa、O型可达9.1 kPa。研究结果可为解决DPF孔道堵塞问题提供理论依据与工程指导。

一种基于DPF过滤效率修正的碳载量模型计算方法

为准确进行DPF主动再生触发时刻判断,本文提出了一种基于DPF过滤效率修正的碳载量模型,并在中国典型城市公交循环(CCBC)测试循环和中国重型商用车辆瞬态循环(C-WTVC)测试循环下进行了试验。试验结果表明:CCBC测试循环中碳载量模型计算值与碳载量称重值误差在12%左右,C-WTVC测试循环碳载量模型计算值与碳载量称重值误差在13%左右,满足工程应用要求。