柴油机排气微粒捕集器燃烧器再生技术研究

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柴油机微粒捕集器逆向喷气再生试验研究

姜大海，郭猛超，资新运，邵玉平，邓成林。
（．北京交通大学机电学院，北京１１０４；００４
２．军事交通学院汽车工程系，天津３０６；３０１１．清华大学，北京１０８）００４
摘要：针对当前的柴油机微粒捕集器设计了一种“ 气式 ” 向喷气再生装置。给出了反吹效率的定义，再扫逆对生效果进行了简要评价。以Ｃ１２Ｑ柴油机为试验用发动机，用台架试验对再生过程中的喷气压力、气时Ｙ４０Ｂ利喷
量。考虑到排气背压与Ｐ沉积量之间具有很好的Ｍ
基金项目：国家自然科学基金（ｏ７１７；５６６ｏ）清华大学汽车安全与节能国家重点实验室资助项目（２０－７ＫＦ０６）作者简介：姜大海（９７，，１７一）男山东省乳山市人，师，士，要研究方向为内燃机燃烧与排放控制；Ｅｍａ：ｉｎｄｈｉｓｈ．ｏ。讲博主－ｉｊｇａａ＠ｏｕｃｍｌａ
，
其关键技术是过滤材料和过滤体再生。过滤材
料的研究已经取得了较大的突破，发出很多商品开化的过滤体材料，如美国Ｃｒｉｇ公司、ｏｎｎ日本ＮＧＫ公司研究的壁流式蜂窝陶瓷过滤体、国３公司美Ｍ研究的编织陶瓷纤维过滤体以及ＩＩＮ公司采用ＢＤＥ的特制碳化硅（ｉ）料等口３。再生技术的实用化ＳＣ材＿Ｊ

柴油机微粒捕集器复合再生策略的试验研究

部温度达到Ｐ氧化燃烧所需温度而实现的再生。Ｍ
ａｒｍｔｎｅｅｅｎｓｆｅｅａｒｉｒｕｏｓｃｎｒｌｂｅｔｅ．Ｔｅｒｓｌｆａｔｕａｏｄｎｎｔｅｌｉａｄｔｖｎｅｓｏｍｐｒｔｅｄｓｉｔｎａｏｔｊｃｖｓｈｅｕｔｏｒｃｌｅｌｉｇａｄｕｉｈｔｕｔｂｉｏｏｉｓｐｉｔａ
（ＢＦＣ）ａｄｄｅｅｏｉａｉａａｓｉｐｏｏｅｉｅｄｓｎｏｅｅｅｔｎｓｓｍｐｅｅｔ．Ａｓａｇｏｎｉｌｘｔｎｃｔｙｔｓｒｐｓｄｗｔｔｅｉｆｇｎｒｉｙｔｒｓｎｅｓｄｏｌｈｈｇｒａｏｅｄｔｔｙｆｒｒｅ
ｒｇｎｒｔｎｂｎｈｔｓｈｗｈａｈｅｅｅａｉｅｃｅｔｓｏｔｔｔｅＦＢＣｎｒｇｎｒｔｏｙｔｍａｆｅｔｅｙｌｗｅｈｉｈ — ｆｅｅａｕｅｏｏｉｅｅｅａｉｎｓｓｅｃｎｅｆｃｉｌｏｒｔｅｌｔｏｔｍｐｒｔｒｆｖｇｐｒｉｕａｅ，ｔｅｓｓｅｃｎｐｏａｔｃｌｔｈｙｔｍａｒｍｐｔｔｅｒｇｎｒｔｏｎｔｍｅ，ａｄｔｎｅｅｅａｕｒｆｆｌｅｌｍｅｔｉａｈｅ — ｈｅｅｅａｉｎｏｉｎｈｅｉｎｒｔｍｐｒｔｅｏｔｒｅｅｎｓｒｔｒｅｉＹｎｗｉｈｅｅｅａｉｎｅｃｅｃｉｈｅｈｎ９ｅｔｔｅｒｇｎｒｔｏｆｉｎｙｈｇｒｔａ５％．ｈｉＫｅｗｏｒ：ＤＰＦ；ｂｎｅｙｄｓｕｒｒ；ＦＢＣ；ＤＯＣ；ｒｇｎｒｔｏｓｒｔｇｅｅｅａｉｎｔａｅｙ

柴油机微粒捕集器定工况主动再生条件的试验研究

排量／Ｌ
压缩比
１８６．９
１９
．
最大扭矩转速／ｍｉｒ・ｎ
进气方式
１９００
涡轮增压，ＶＧＴ
，
０：１
ＥＧＲ
Ｐ。随着工作时间的增长，Ｍ过滤体内堆积的Ｐ增Ｍ多，动机的排气背压上升，响柴油机的正常工发影
高莹，张蕾，刘大文，李君
（吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春１０２）３０２
摘要：柴油机尾气后处理系统采用仅安装氧化催化转化器方案，过试验确定了柴油机微粒捕集器定工况主通
２１０１年２月
高莹，等：柴油机微粒捕集器定工况主动再生条件的试验研究
仪、０５２Ｎ１０流量计、ＶＬ五气体分析仪、Ｌ１ＡＨｘ６压力传感器和Ｋ型热电偶温度传感器。
动再生时所需的入口条件，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通
况点，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的转化效率达得
收稿日期：２１ — 卜Ｏ；修回日期：２１ — ２３００１８００１Ｏ
基金项目：国家 “ 六三 ” 八计划（０８２０ＡＡ１００）１１１作者简介：高莹（９２）女，教授，士，１７一，副博主要研究方向为能源多元化与新型动力总成；ａｙｇｌ．ｄ．ｎｇｏｉ＠ｊｅｕｃ。ｎｕ

柴油机微粒捕集器催化再生技术

市大气环境和人体的危害越来越严重，已引起各国政ＩＩ再生原理．
府的高度重视，并颁布了一系列排放法规来对其进行
再生通常采用燃烧微粒的方式来实现，一般情况
限制，迫使柴油机进一步降低Ｐ排放量【。微粒捕下，微粒的起燃温度（０Ｍ１】５０℃ 以上）要高于发动机的集技术是目前公认的最为有效的微粒净化技术，也是正常排气温度。因此，必须采取一定措施来提高排气目前商用前景最好的技术之一。文章设计了微粒捕集温度。催化燃烧再生的原理是在ＤＰＦ前加装一个氧
ｏｅｉｅｔｎ．ｈｓｌｈｗｔａｗｈｎｔｅｆｅｉｅｔｎｒｔｉｍｏｅｔａ０ｍＬｍｉ，ｈｅｅｅａｉｙｔｍｆｕｌｎｃｉｓＴｅｒｕｔｓｏｔｅｌｎｃｉａｅｓｒｎ６／ｎｔｅｒｇｎｒｔｎｓｓｆｊｏｅｓｈｈｕｊｏｈｏｅｃｎｑｉｌａｓｅｅｈｕｔｅｅａｕｅｔ０ＣＴｅｃｎｒｌｒｇａｏａｉｂｅｆｅｉｅｔｎａｕｔａｋａｕｃｙｒｉｔｘａｓｔｍｐｒｔｒ５０。．ｈｏｔｏｒｍｆｒｌｕｌｎｃｉｍｏｎｎｍａｅｋｅｈｏｏｐｖａｊｏｃ
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。
关键词：油机；粒捕集器；化再生；温柴微催升

柴油机微粒捕集器再生技术研究

在壁面的ＨＣ成分将在排温升高时和薄骨架结构，泡沫合金表面容易ＤＰＦ的再生，这是ＤＦＰ能否在柴油重新挥发出来，并排向大气；发动被熔融铝液浸透并覆盖，退火处理机上正常使用的关键。在ＤＦＰ开发
（Ｐ安装在柴油机排气管上，ＤＦ）过
多孔堇青石
排气出口
滤技术的机理主要有：排气通过时微粒经过扩散、截流、惯性碰撞和
重力沉降等原理被过滤体捕集。捕集效率主要受到微粒粒径、过滤体微孔孔径、排气流速及气流温度等
陶瓷封堵
机排气微粒由不可溶炭粒（ＤＦ）Ｉ、排气阻力，高的机械强度和抗震动体上研究和使用较多的是壁流式蜂未燃液体碳氢化合物（ＯＦＳ）和硫性能，并且还须具备抗高温氧化性窝陶瓷。它具有多孔结构，相邻两一个通道进口被堵住，而酸盐组成，微粒粒径小，主要为的耐热冲击性与耐腐蚀性。其中高个通道中，的过滤效率与低的排气阻力是相互另一通道的出口被堵住，为保证其０Ｏ～２ｍ，．ｌ质量轻，长时间悬能浮在大气中，容易被人体吸入并沉矛盾的，选择材料时要综合考虑这机械强度和耐热强度，孔道密度一６孔ｃ时积在肺泡中，对人体健康造成极大两方面的性能。国外在过滤材料上般约为１／ｍｚ，孔道截面为的研究已经取得较大的突破，出现２ｍｍ ×２ｎｍｒ左右，壁厚为０４ｍｍ．的危害。见，日益严格的汽车排放法规的实了一些商品化的产品。目前国内外左右，图１这种结构迫使排气由施迫使人们寻求解决汽车排气污染研究和应用的过滤材料有陶瓷基、入口敞开的通道进入，穿过多孔的陶瓷壁面进入相邻的出口敞开通道，的有效途径和技术。自２世纪７年金属基和复合基三大类。００１１陶瓷基过滤材料．而微粒就被过滤在通道壁面上，这代以来，人们对柴油机排气微粒后目前研究和应用最多的是陶瓷基种ＤＦ对微粒的过滤效率可达９％Ｐ０它们通常由氧化物或碳化以上。可溶性有机成分ＳＦ也能被Ｏ微粒捕集技术是目前公认的最为有过滤材料，物组成，具有多孔结构，在７００￣Ｃ以部分捕集，近年来在制造技术上取效的微粒净化技术，也是目前商用处理技术进行了广泛而深入地研究。前景最好的技术之一。微粒捕集器

柴油机微粒捕集器再生技术研究综述

以及性能更佳的钛酸铝材料也已经开发出来 …＿。国内外生产过滤材料的公司众多，美２儿如国Ｃｍｉ公司、Ｍ公司；ｏｎｇ３日本ＮＫ公司；Ｇ国内的江
等领域，国内保有量逐年上升。但柴油机的微粒其
（．ｍｓＤｐｒｎｆＫｎｎｌａｙＡｃｄｍ，ｎｎ，５０２．ｎｔｕｅ１ＡｒｅａｔｔＯｕＭｉｇＭｉｔｒａｅｙＫｕＭｉｇ６０７；Ｉｓｔｔｍｅｉ２ｉ
ｏｌａｙＴａｓｏｔｉ，ｉＪ０１１３Ａｍ６７，ｕｕｎ０００）ｆｉｒｒｎｐｒｔｎＴａｉ３０６；．ｒｙ６１２ＬＱａ５０Ｍｉｔａｏｎｎ２ＡｓａｔＤｅｅＰｒｃｌｅＦｌｒ（Ｐ）ｉｔｅｍｓｅｅｔｅｔｈｏｇｒｅｉｉｏｔｌｏｂｔｃ：ｉｌａｔｕｔｉｅＤＦｓｈｏｔｆｃｖｅｎｌｙｆｍｓｏｃｎｒｆｒｓｉａｔｉｃｏｏｓｎｏ
ＰｏｒｓｆＲｅｅｅａｉｎＴｃｎｌｇｅｏｅｅｎｉｅＰｒｉｕａｅＦｌｒｒｇｅｓｏｇｎｒｔｅｈｏｏｉｓｆｒＤｉｓｌｇｎａｔｌｔｉｅｏＥｃｔ
ＬＮＣａｇ—ｙｏ，ＵＯＭｅｇｈ０，ＡＧｏ—ｓｅ，ＡＮＹｕ—ｄｎ３ＡｈｎａＧｎ —ｃａ２ＨＮｕｈｎＹＧｏｇ
ｄｅｌｅｇｎｉｓｎｉｅ．Ｔｈｅｏｉａｅｆｔｒｍａｅａｄｒｇｎｒｔｎ．Ｏｎｔｅｂｓｓｏｈｎｒｄｔｎｏｌｒｅｅｋｙｔｔｒｌｅｔｒｌａｅｅｅｉｉｉｎａｏｈａｉｆｔｅｉｔｕｃｏｆｆｔｏｉｉｅ

柴油机微粒捕集器燃油添加剂催化再生的试验研究

2008年(第30卷)第8期汽　车　工　程Aut omotive Engineering2008(Vol .30)No .82008145柴油机微粒捕集器燃油添加剂催化再生的试验研究33国家863计划项目(2006AA060303)和天津市自然基金项目(08JCY BJC13600)资助。

原稿收到日期为2007年10月10日,修改稿收到日期为2008年1月3日。

姚广涛,资新运,张春润,王　琛,李幸丹(军事交通学院,天津　300161)[摘要]　通过在康明斯6BT5.9发动机柴油中加入某型燃油添加剂的试验表明,添加剂能使沉积在捕集器内的微粒在300～400℃时起燃而使捕集器再生。

同时分析了不同工况下,微粒累积与再生平衡温度点的变化及再生效果的优劣。

对柴油机微粒捕集器再生技术的研究具有一定指导意义。

关键词:柴油机;燃油添加剂;微粒捕集器;催化再生An Experimental Study on D iesel Particulate FilterRegenerati on with Fuel Additive CatalystYao Guangt ao,Z i X i n yun,Zhang Chunrun,W ang Chen &L i X i n gdanAcade m y of M ilitary Traffic,Tianjin 300161[Abstract]　An experi m ent is carried out on Cumm ins 6BT519diesel engine with s ome additive added int o diesel fuel,which indicates that the additive can make particulates deposited in diesel particulate filter (DPF )ig 2nite at a te mperature of 300℃t o 400℃and then the filter can rejuvenate .I n additi on,the variati on of te mperature point at which the accumulati on and regenerati on of particulates attain balance and the effectiveness of regenerati on under different working conditi ons are analyzed .The study is of certain guiding significance f or the research on the technol ogy of diesel particulate filter regenerati on .Keywords:d i esel eng i n e;fuel add iti ve;parti cul a te f ilter;ca t a lyti c regenera ti on前言柴油机具有高燃油经济性、可靠性和低维护成本等特点,然而其尾气排放特别是微粒排放对环境的污染严重制约了柴油机的发展。

柴油机排气微粒捕捉器燃气再生技术的研究

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第２卷（０２第５期Ｏ２０）
ＴａｓｃｉｎｆＣＩｒｎａｔｓ０ＳＣＥ０
内
燃
机
学
报
Ｖ０．Ｏ２０）．１２（０２Ｎｏ５
文章编号：００００（０２０ —３１０１０ —９９２０）５０９ —４
式中：为发动机转速，／ｉ；ｒｒｎＬ为发动机的排量，志ａＬ；为增压发动机的增压比。将排气加热到不同温度时所需的热量可用式（）３
进行计算：
Ｑ：ＶＥＨ・Ｄ・・△ＴＸＩｇ（）３
２０８００３
柴油机排气微粒捕捉器燃气再生技术的研究
张春润，姜大海，资新运，姚广涛，贺宇，王斌
（事交通学院汽车工程系，津３０）军天０１１６
摘要：出了一种新的柴油机排气微粒捕捉器的加热再生技术，利用燃气与排气中的氧气燃烧清除微提即粒捕捉器中沉积的微粒；据液化石油气的物化特性和排气中的含氧量，这种方法的可行性进行了理根对论分析和试验验证；制了一种以液化石油气为再生燃料的柴油机排气微粒捕捉器，对燃气流量、研并过滤体内的微粒沉积量以及再生时间等影响因素进行了台架试验研究。关键词：柴油机；气微粒；燃气；再生排

柴油机微粒捕集器再生技术的分析和研究

柴油机微粒捕集器再生技术的分析和研究
李忠华。杜传进
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉４０７３００）
摘
要：柴油机微粒揣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。关键词：柴油机；微粒捕集器；过滤材料；再生技术中图分类号：Ｔ２Ｋ４１．５文献标识码：Ａ文章编号：１０ —３７（０６）０．０２００１５２０４６０２．４
微粒捕集器（Ｐ）过滤技术的机理主要有：ＤＦ排气通过时微粒经过扩散、截流、惯性碰撞、重
力沉降等原理被过滤体捕集。捕集效率主要受到微粒粒径、过滤体微－－径、排气流速、气流温ｆｆＬＬ
料及其再生方法的选择。
高、排放低等特点，其燃油经济性明显好于汽油机，是今后车用发动机的一个主要发展方向。然而，柴油机的微粒（Ｍ）Ｐ排放量却是汽油机的几十倍甚至更多，给人类健康和环境带来巨大的危害，因此迫切需要控制柴油机的微粒排放『１１。柴油机微粒排放的控制分为机内控制和机外控制。机内控制主要采用以下一些措施来改善柴油在燃烧室内的燃烧状况，以达到控制微粒排放的目的。这些措施包括：提高柴油喷射压力、改善燃烧室的形状使燃油能充分地混合、减少机油
ＴｈａｙｉｄＳｔｄｆｔｅＲｅｅｅａｉｎｅＡｎｌｓｓａｎｕｙｏｈｇｎｒｔｏＴｅｈｏｏｙｆｅｅＰａｔｕａｅＦｉｅｃｎｌｇｏｒＤｉｓｌｒｃｌｔｌｒｉｔ

柴油机DPF微粒捕集器再生

柴油机微粒捕集器再生技术研究由于柴油机具有低油耗、高热效率和低排放等特点，又具有良好的经济性、动力性和可靠性，因而被广泛地用作汽车和工程机械的动力。

但其尾气中含有大量的微粒（PM），约为汽油机的30～80 倍，成为城市中的一个重要污染源。

柴油机排气微粒由不可溶炭粒（IDF）、未燃液体碳氢化合物（SOF）和硫酸盐组成，微粒粒径小，主要为0.01～2μm，质量轻，能长时间悬浮在大气中，容易被人体吸入并沉积在肺泡中，对人体健康造成极大的危害。

日益严格的汽车排放法规的实施迫使人们寻求解决汽车排气污染的有效途径和技术。

自20世纪70年代以来，人们对柴油机排气微粒后处理技术进行了广泛而深入地研究。

微粒捕集技术是目前公认的最为有效的微粒净化技术，也是目前商用前景最好的技术之一。

微粒捕集器（DPF）安装在柴油机排气管上，过滤技术的机理主要有：排气通过时微粒经过扩散、截流、惯性碰撞和重力沉降等原理被过滤体捕集。

捕集效率主要受到微粒粒径、过滤体微孔孔径、排气流速及气流温度等因素影响。

随着工作时间的增长，过滤体内堆积的微粒增多，发动机的背压将上升，影响柴油机的正常工作，须用燃烧等方法将这些微粒除去，即过滤体的再生。

DPF 的关键技术是过滤材料及其再生的选择和研究。

一、过滤材料过滤材料的结构与性能对整个微粒捕集系统的性能（如压力降、过滤效率、强度、传热和传质特性等）有很大的影响。

DPF 对过滤材料的要求是：高的微粒过滤效率，低的排气阻力，高的机械强度和抗震动性能，并且还须具备抗高温氧化性的耐热冲击性与耐腐蚀性。

其中高的过滤效率与低的排气阻力是相互矛盾的，选择材料时要综合考虑这两方面的性能。

国外在过滤材料上的研究已经取得较大的突破，出现了一些商品化的产品。

目前国内外研究和应用的过滤材料有陶瓷基、金属基和复合基三大类。

．（一）陶瓷基过滤材料目前研究和应用最多的是陶瓷基过滤材料，它们通常由氧化物或碳化物组成，具2，主要结构包括蜂窝陶1m℃以上能保持热稳定，比表面积大于/g有多孔结构，在700 瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。

柴油机微粒捕集器及其再生技术研究

（３）微波加热再生把一个发射微波的磁控管放在滤芯的上游，并用一个轴向波导管把它与滤芯相连。再生时把排气流部分旁通，磁控管提供１ｋＷ功率，历时１０ｍｉｎ左右，把碳烟微粒升温到所需的温度，然后把排气流恢复原状以助微粒燃烧。再生时，也可以把排气完全旁通，并喷入适量助燃空气，这样再生过程可以控制得更加完善。这种加热方式可以沉积在过滤体内部的微粒就地吸热、着火、燃烧，过滤体内的温度梯度小，因而减少了热应力引起过滤体破坏的可能，无疑这些对过滤体的安全有效再生十分有利的。正因为体积加热的特点使陶瓷内沉积的碳烟同时燃烧，放热速率加快，再生过程难以控制。另外，存在微波泄漏的安全问题。２．２．２催化再生技术催化再生是利用催化剂降低柴油机微粒的着火温度和提高其氧化速率，使之能在柴油机实际使用条件下保证较高的ＤＰＦ再生概率，保持较低的排气背压。在这种情况下，由于再生时滤芯温度过高或热应力过大而造成滤芯损坏的问题就不大可能发生。催化再生技术主要是把催化剂加到燃油中，使它能与微粒同时沉积在滤芯表面上，保证及时提供催化剂，促进已沉积全部微粒的燃烧，燃烧后生成的金属氧化物对微粒起催化作用，使微粒着火温度降低，从而在较低的排气温度下，不需外部能源，过滤体能自行再生。但是，再生温度的下降还不够多，再生概率还不够大，因此再生时机难以控制，容易因再生时已沉积微粒过多而造成ＤＰＦ过热损坏；添加的催化剂中的金属有９０％以上以氧化物的形式残留在ＤＰＦ内，虽然不会逸入大气造成二次污染，但残留物造成ＤＰＦ、的慢性堵塞，缩短了ＤＰＦ的使用寿命。排入大气中的金属飘尘又会引起二次污染。催化剂的抗中毒性、热稳定性以及二次污染等问题目前还没有真正得到很好地解决。由于我国柴油中的硫含量在２０００ｐｐｍ以上，远高于金属催化剂所要求的

柴油机排气微粒捕捉器再生条件及分析

式中：为微粒的氧化速率Ｒ
为过滤体微粒沉积量；
为排气中氧气浓度：Ｉ为微粒温度；７１Ｒ为通用气体常数： “为频率因子：为微粒活化能。一般柴油机Ｅ
排气微粒的活化能为Ｅ— １Ｊ ×１Ｊｋｌ．１０ｋ／ｍｏ
捕集速率大干微粒氧化速率．粒沉积量逐渐增加，微直至达到平衡微粒沉积量：反之．微粒氧化速率大于微粒
的微粒量取决于在工作时间内过滤体的微粒捕集量和
微粒的氧化量
捕集速率，～定时间后．过滤体微粒沉积量仍要恢复到
ｄ，－Ｅ１、
（
百
。ｔ一！ｒｉ＿
１ｊＩ
高于４０（，ｌ本上可以使平衡微粒沉积量保持在０、Ⅲ 基ｌ其临界微粒沉积量（再生的微粒量）内。需之
如果在柴油机常用工况下．衡微粒沉积量低于平
微粒氧化分为两种情况．即缓慢氧化和剧烈氧化。在缓馒氧化过程中．氧化所放热量立刻被气流带走．微粒、过滤体及排气温度不会产生明显的变化一般当温度在６０ｃ以上时．５微粒将发生剧烈氧化。任剧烈氧化过程中，微粒的氧化速度极高．滤体的再生可以在几过分钟之内完成微粒氧化速率可以用Ａｒｈｎｕｒｅｉｓ方程表示为
２微粒捕捉器的主动再生
过滤体能够实现主动再生的条件是，在柴油机常用工况下．过滤体的平衡微粒沉积量低于其临界微粒沉积量过滤体主动再生是否能够进行．主要取决于过滤体的临界微粒沉积量粒捕集速率和微粒的氧化微

柴油机排气后处理技术的研究进展及存在的问题

柴油机排气后处理技术的研究进展及存在的问题廖世勇,蒋德明(西安交通大学汽车工程系,陕西西安710049)摘要:简要介绍了国内外柴油机排气后处理最新技术及其应用现状,阐述了它们各自的特点以及有待改进的方面,并对满足未来超低排放法规的柴油机排气后处理技术进行了展望。

关键词:柴油机排气后处理;还原催化器;微粒捕捉器;连续再生DPF ;氧化催化器中图分类号:TK 411.5 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2002)03-0003-04The Development and Problems in A ftertreatmentTechnology of Diesel E ngine EmissionsLI AO Shi -y ong ,J I ANG De -ming(Department of Autom otive Engineering ,X i ′an Jiaotong University ,X i ′an 710049,China )Abstract :The current internal and external situation in the development and the application of aftertreatment technology of diesel engine emissions has been introduced briefly in this paper ,and for every aftertreatment technology ,its characteristics and drawbacks are stated.Furtherm ore the m ost promising aftertreatment technology of diesel engine emissions are indicated ,which can meet the super -low emission law.K ey w ords :aftertreatment of diesel engine emissions ;deoxidization catalytic converter ;particulate trap ;continuous regeneration DPF ;oxidization catalytic converter 作者简介:廖世勇(1973-),男,重庆人,博士生,主要研究方向:内燃机的燃烧和排放。

微粒捕集器再生技术的研究动态和发展趋势

收稿日期:2005205229;修回日期:2005207207基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2005037151);上海汽车工业科技发展基金资助项目(0408)作者简介:谭丕强(1974—),男,山东省临沂市人,工学博士,主要研究方向为发动机排放控制技术和仿真计算.微粒捕集器再生技术的研究动态和发展趋势谭丕强,胡志远,楼狄明,万　钢(同济大学汽车学院,上海　201804) 摘要:微粒捕集器技术是满足未来车用柴油机严格排放法规的重要措施,再生技术是其中的关键环节。

综述了柴油机微粒捕集器再生技术的研究现状,对各种再生技术进行了分析。

阐述了这些再生技术存在的问题以及相关措施,并展望了微粒捕集器再生技术的发展趋势。

关键词:柴油机;排放控制;微粒;过滤;再生中图分类号:T K421.5 文献标识码:A 文章编号:100122222(2005)0520006204 由于石油资源的减少以及温室效应的加剧,对机动车的燃油消耗率和CO 2排放都提出了严格的要求,柴油机以其良好的经济性、动力性和低CO 2排放而日益受到重视。

在全球范围内,柴油机被广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域。

但是柴油机的微粒(PM )排放较高,随着城市柴油汽车保有量的持续增加,PM 排放对城市大气环境和人体的危害越来越严重,已引起各国政府的高度重视,并颁布了一系列排放法规来对其进行限制,迫使柴油机进一步降低PM 排放量。

从技术层面上看,仅靠改进机内过程和燃油品质等措施来降低柴油机PM 的排放量会趋于极限,并且降低PM 排放的很多机内措施往往会导致氮氧化物(NO x )排放量的上升。

因此,必须对柴油机排出的PM 采取机外后处理技术,才能满足未来更为严格的排放法规。

对PM 的后处理方式有过滤微粒捕集(DPF )技术[1221]、静电捕集[22]、等离子去除[23]等技术,其中DPF 是最有价值的捕集方式,得到了较多的研究和应用。

柴油机微粒捕集器再生技术

陶瓷载体，被吹掉的微粒聚集到陶瓷载体以外的地方（膨胀室）由电热装置引燃而氧化烧掉。，它不会引起再生高温对陶瓷载体的烧损。逆向喷气再生系统可分为膨胀室和副过滤器式两种。前者结构简
柴油机
用化中的关键技术。目前国内外对
过滤体再生技术研究的很多，但尚
微粒捕集器
再生技术
刘向民（武汉理工大学）
无成熟的、成本较低的应用装置，每
种再生技术都存在一些问题，例如再生的可靠性差，成本高且装置复杂，燃料的要求较高。生根据原对再理的不同可分为主动再生与被动再生两大类。主动再生是利用外加能
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ＡＵ＇ＴＩ￣ＥＣＨＮＩＣＡＬＡＬＫＩＴＮＧ
海车技木
时会导致柴油机性能恶化，因此必须及时除去ＤＦＰ中的微粒以便继续工作。除去ＤＦ中积存的微粒的过Ｐ
程称为过滤体的再生。这是ＤＰＦ实
微波再生效率高，没有二次污染，是目前人们研究较多的一种再生技术。缺点是装置成本偏高。
２２电加热再生．
电加热再生是指ＤＰ每工作一段时间后，用Ｆ采电热丝或其它电加热方法对ＤＰ／热，促使微粒ＦＪＨ以燃烧。实际使用时需要一套复杂的控制系统，要需消耗大量的能量，因而成本较高。图ｌ一例ＤＦ为Ｐ

003柴油机微粒捕集器缸内次后喷主动再生方法的试验研究

中国内燃机学会燃烧节能净化分会2011年学术年会CSICE2011-003柴油机微粒捕集器缸内次后喷主动再生方法的试验研究王丹1，刘忠长1，王忠恕1，刘江唯2，张建瑞 2(1.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春 130025；2.中国第一汽车集团公司技术中心，吉林长春 130011)摘要：针对柴油机微粒捕集器（DPF）的再生展开相应的研究。

利用台架试验研究了缸内次后喷（LPI）对柴油机动力性、燃油经济性以及排放性能的影响，分析了不同工况、不同后喷油量下柴油机氧化催化器（DOC）的升温特性，提出了采用缸内次后喷和DOC提高排气温度进行DPF主动再生的方法。

试验结果表明,在中低负荷工况(40%和50%负荷率)通过缸内次后喷能够显著提高发动机排气中的HC排放，促进其在辅助升温装置DOC内的氧化发热，提高DPF入口排气温度，满足DPF主动再生对高温的需求。

但由于喷油时刻过于靠后，次后喷喷入的燃油在缸内基本未燃，缸内次后喷对DOC入口温升影响较小，最高温升仅40℃左右。

采用缸内次后喷进行DPF主动再生时，DOC有效工作的入口温度要大于250℃，为了保证DOC 对未燃HC高的转化效率，避免DOC下游的HC逸散，在DOC入口温度较低小负荷工况（25%负荷率）需要采取有效措施提高DOC入口温度。

关键词：微粒捕集器缸内次后喷氧化催化器主动再生升温特性中图分类号：TK421+.5Experimental Study on Diesel Particulate Filter RegenerationUsing In-cylinder Late Post InjectionWANG Dan1, LIU Zhong-chang1, WANG Zhong-shu1, LIU Jiang-wei2, ZHANG Jian-rui2(1. State Key Laboratory of Automobile Dynamic Simulation, Jilin University, Changchun, 130025, China;2. Research and Development Center, FAW Group Corporation, Changchun, 130011, China) Abstract:An active diesel particulate filter (DPF) regeneration system was evaluated, which applies in-cylinder last post injection (LPI) and a diesel oxidation catalyst (DOC) to increase exhaust gas temperature for DPF regeneration. The influence of LPI on the performance of diesel engine and temperature rise characteristics of DOC were studied by the bench test. The results show that, at medium and low load conditions (40% and 50% load rate), LPI produces higher level of unburned hydrocarbon (HC), which mainly oxidize on the diesel oxidation catalyst (DOC) and create enthalpy to raise exhaust gas temperature to initiate active DPF regeneration. Due to too late injection moment, most fuel quantity injected by LPI is not burned in the cylinder, so LPI has little influence on DOC inlet temperature and the maximum increase in the inlet temperature of DOC is only 40℃.When LPI was used to regenerate a DPF at small load conditions (25% load rate), effective methods should be adopted to increase DOC inlet temperature to be over 250℃and reach its optimal HC conversion level.Keywords: Diesel particulate filter; In-cylinder late post injection; Diesel oxidation catalyst; Active regeneration; Temperature rise characteristics柴油机的微粒排放严重地污染环境并危害人类健康，其净化技术一直是人们研究的热点微粒捕集器(DPF)技术是满足未来车用柴油机严格排放法规的重要措施。

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第26卷(2008)第6期内　燃　机　学　报T r a n s a c t i o n s o f C S I C EV o l.26(2008)N o.6　文章编号:1000-0909(2008)06-0538-0526-087　柴油机排气微粒捕集器燃烧器再生技术研究＊李　新1,资新运2,姚广涛2,张春润3,颜伏伍1(1.武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070;2.军事交通学院汽车系,天津300161;3.军事交通学院装备保障系,天津300161)摘要:提出了一种新的柴油机微粒捕集器再生用燃烧器的空气供给方式———从涡轮增压器出口处取气,并根据捕集器加热再生要求,设计了一套全流式燃烧器再生系统,对该系统的升温特性进行了试验研究。

该系统由燃烧器与氧化催化器(D O C)两大部件组成,采用两级升温策略,能有效地对捕集器进行再生。

研究结果表明,新的供气方式是可行的,且未对发动机动力性带来不利影响,所设计的燃烧器再生系统能在较大发动机工况范围内迅速提升排气温度至500℃以上。

关键词:柴油机;捕集器;燃烧器;再生中图分类号:T K421 文献标志码:AI n v e s t i g a t i o no nR e g e n e r a t i o no f a B u r n e r i n D i e s e l P a r t i c u l a t e T r a pL I X i n1,Z I X i n-y u n2,Y A O G u a n g-t a o2,Z H A N G C h u n-r u n3,Y A NF u-w u1(1.S c h o o l o f A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g,Wu h a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,Wu h a n430070,C h i n a;2.D e p a r t m e n t o f A u t o m o b i l e E n g i n e e r i n g,A c a d e m y o f M i l i t a r y T r a n s p o r t a t i o n,T i a n j i n300161,C h i n a;3.D e p a r t m e n t o f E q u i p m e n t S u r p p o r t,A c a d e m y o f M i l i t a r y T r a n s p o r t a t i o n,T i a n j i n300161,C h i n a)A b s t r a c t:Ab u r n e r u s i n g t h e c o m p r e s s e d a i r f r o mt h e t u r b o c h a r g e r w a s d e s i g n e dt o h e a t t h e e x h a u s t a n dr e g e n e r a t e t h e d i e s e l p a r t i c u l a t e t r a p.T h e r e g e n e r a t i o n s y s t e mc o n s i s t s o f a b u r n e r a n d a D O C(d i e s e l o x y-g e n c a t a l y s t),w h i c hc a nr e g e n e r a t e t h e t r a p i n f i l t r a t i o n p r o c e s s.E x h a u s t i s h e a t e d u p b y t h e b u r n e r a n da d d i t i o n a l d i e s e l f u e l i s i n j e c t e db e f o r e t h e D O Ct o e n h a nc e t h e H Co x y g e n p r o c e s s.P r e l i m i n a r y i n v e s t i g a-t i o n o n t h e s y s t e mp e r f o r m a n c e i s c o n d u c t e do n a n e n g i n e b e n c h.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h i s m e t h o d i s f e a-s i b l e w i t h o u t a n y n e g a t i v e i n f l u e n c e o nd i e s e l p o w e r p e r f o r m a n c e.T h e e x h a u s t g a s e s c a nb e h e a t e du pt o500℃o v e r a w i d e o p e r a t i n g r a n g e w i t h i n a s h o r t p e r i o d.K e y w o r d s:D i e s e l e n g i n e;P a r t i c u l a t e t r a p;B u r n e r;R e g e n e r a t i o n引言为了满足逐渐严格的排放法规,柴油机微粒捕集器已被公认为是最有效的微粒控制技术。

捕集之后滤芯当中微粒的去除,即捕集器的再生,是制约捕集器发展的重要因素。

捕集器的再生一般采取燃烧的方法,通常需要排气温度达到500～600℃。

即使在燃油添加剂、D P F涂覆催化剂的辅助下,捕集器的再生温度降至300℃左右的情况下,仍然不能使柴油机在所有工况范围内实现自主再生,即被动再生,必须依靠外界能量的输入来提高排气温度,如采用电加热、微波加热、红外加热等方法,即主动再生的方法[1-5]。

与其它主动再生方法相比,燃烧器再生技术耗电量小,燃料直接取自发动机所用柴油,能量利用率高,响应速度快,且容易实现在用车的改造。

在上个世纪八九十年代,该技术曾经有过一段时间研究,其发展主要受限于3个方面的因素:1)当时发动机排放水平较低,致使捕集器再生过于频繁,给再生系统的稳定性与耐久性带来很大挑战;2)当时过滤材料耐高温性能较差,再生时产生的高温很容易引起过滤体的烧熔、烧裂;3)燃烧器系统复杂,结构庞大,成本较高[6-8]。

低排放柴油机的发展以及耐高温过滤材料(如＊收稿日期:2008-06-11;修回日期:2008-09-28。

基金项目:国家863高科技资助项目(2006A A060303);天津市自然基金资助项目(08J C Y B J C13600)。

作者简介:李　新,博士生,E-m a i l:l i x i n q y@w h u t.e d u.c n。

通讯联系人:资新运,博士,教授,E-m a i l:z i x i n y u n@263.n e t。

DOI:10.16236/ ki.nrjxb.2008.06.012S i C)的出现又给燃烧器再生技术的发展带来了新的机遇。

如果燃烧器再生系统能在结构复杂性以及成本方面得以突破,则该项技术的应用前景十分广阔。

造成以往燃烧器再生系统复杂化的因素主要有两个:1)燃烧器空气由空气压缩机供给,而空气压缩机的动力来源通常是依靠蓄电池驱动或是从发动机曲轴取力,靠蓄电池供电会给蓄电池带来很大负担,而从曲轴取力又会造成系统过于庞大;2)为了减轻燃烧器工作负担,后处理装置通常设计成旁通式的结构形式,即两套再生系统轮流工作,结构复杂,成本增加。

为解决上述两个方面问题,本文提出从涡轮增压器出口处获取新鲜空气来组织燃烧,摒弃了以往空气压缩机等复杂供气系统,同时再生系统采用了全流式结构,即捕集器的再生与过滤能同时进行,两个方面措施使得燃烧器再生系统结构大为简化。

此外,受涡轮增压器工作特性影响,为了降低燃烧器工作负担,拓展再生工况范围,本文在燃烧器后端加装了一套氧化催化器(D O C)辅助催化升温装置。

需要再生时,先由燃烧器来提升排气温度,之后再在D O C前喷射部分燃油,通过D O C对H C燃料的催化氧化作用来对排气进行二次升温。

1　燃烧器结构形式图1为所设计的全流式燃烧器,主要由燃油供给系统、空气供给系统、点火系统、燃烧室4大部分组成。

燃油经过喷油泵与喷嘴从一级燃烧室顶面中心以旋流雾化的方式喷入燃烧器之后,在二级燃烧室中充分燃烧,之后与柴油机排气在混合腔中混合均匀之后再流出燃烧器。

图1　全流式燃烧器结构示意图F i g.1　S k e t c hma po f f u l l-f l o w b u r n e r 为加强油气混合,促进燃烧,采用了旋流燃烧的配风结构,如图2所示,在配风器的上下两端分别均匀布置有6道进风口。

空气在进入燃烧室之前,经由配风器分成两股,即一次风与二次风。

一次风的主要作用是用来促进混合气的形成,保证点火成功;旋流二次风主要是用来促进油雾与助燃空气更好地混合,使燃料在二级燃烧室中进一步燃烧完全并形成稳定的燃烧。

图2　燃烧器内部结构示意图F i g.2　I n t e r n a l s t r u c t u r e o f b u r n e r2　再生系统工作特性分析2.1　燃烧器工作区域分析受增压器涡轮特性影响,燃烧器工作范围难以覆盖整个发动机工作范围,即发动机进气压力必须大于排气背压才能保证燃烧器正常工作。

图3为D P F碳烟累积量达到一定限值时,进气压力与排气背压之差M A P图。

从图上可以看出,只有左下角区域小部分工况进气压力小于排气背压。

从试验结果来看,当进气压力与排气背压之差达到2k P a以上时,燃烧器可以正常工作。

虽然燃烧器工作范围不能覆盖整个M A P 图,但在绝大部分范围仍然可以正常工作。

图3　进气压力与排气背压之差MA PF i g.3D i f f e r e n c e o f i n t a k e p r e s s u r ea n db a c k p r e s s u r e MA P2.2　再生系统能量输入控制策略通过对后处理系统能量输入进行控制,一方面可以提高后处理系统的燃油经济性;另一方面也可以降低后处理系统工作时所带来的H C泄漏等问题。