装有DPF的轻型柴油车颗粒物排放特性的研究_徐月云

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微粒特性对柴油车DPF颗粒沉积影响的实验研究

微粒特性对柴油车DPF颗粒沉积影响的实验研究
蒲云飞;孟忠伟;王青春
【期刊名称】《成都电子机械高等专科学校学报》
【年(卷),期】2018(021)004
【摘要】基于柴油机颗粒捕集器(DPF)沉积可视化装置,利用碳黑模拟柴油机颗粒物进行了碳黑微粒特性对DPF内颗粒沉积过程影响的实验研究.研究结果表明:随碳黑颗粒沉积高度的增长,DPF过滤压降可以被划分为典型的深床过滤、过渡阶段以及颗粒层过滤三个阶段;在各颗粒层下,过渡阶段结束时的颗粒层高度为20μm左右;在深床过滤阶段,颗粒原生粒径与BET比表面积综合起来相对较小就更能获得更大的压降;颗粒层渗透系数、孔隙率同时受到比表面积和粒径的共同影响.
【总页数】4页(P52-55)
【作者】蒲云飞;孟忠伟;王青春
【作者单位】成都航空职业技术学院汽车工程学院,成都610100;西华大学汽车与交通学院,成都610039;西华大学汽车测控与安全四川省重点实验室,成都610039;成都航空职业技术学院汽车工程学院,成都610100
【正文语种】中文
【中图分类】TK421
【相关文献】
1.DPF对柴油车微粒物排放的影响研究 [J], 徐月云;侯献军;方茂东
2.过滤速度对DPF内颗粒沉积特性影响的试验研究 [J], 孟忠伟;蒲云飞;闫妍;韩伟
强
3.柴油机DPF湍流通道内微粒形态对微粒输运特性的影响 [J], 孙春华;宁智;白振霄;吕明;李元绪;付娟
4.DPF内颗粒沉积特性分析 [J], 蒲云飞;孟忠伟
5.微粒特性对柴油车DPF颗粒沉积影响的实验研究 [J], 蒲云飞;孟忠伟;王青春;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

轻型柴油车PM2

轻型柴油车PM2.5排放特性研究随着环境污染问题日益严重，PM2.5成为了大家普遍关注的话题。

轻型柴油车是城市交通中的重要成员，其PM2.5排放特性的研究对于减少空气污染、保护环境、改善人类健康有着重要的意义。

1. 轻型柴油车PM2.5排放特性的研究现状目前，轻型柴油车PM2.5排放特性的研究主要包括实验室研究和道路测试研究两种方法。

实验室研究通常采用动力废气分析仪，对柴油车的排放进行规范化测试和模拟，从而得到定量数据。

而道路测试则是在真实交通环境下进行，对柴油车实际的路面行驶情况进行监测和采样，得到更接近真实情况的排放数据。

2. 轻型柴油车PM2.5排放特性的影响因素轻型柴油车的PM2.5排放受多种因素影响，主要包括以下几个方面：（1）发动机参数：如进气量、燃油喷射量、喷油压力、进气歧管压力等发动机参数的调整都会对排放造成影响。

（2）燃料品质：低硫燃料可以降低柴油车的PM2.5排放。

（3）行驶工况：不同的路面行驶工况（如城市拥堵、高速公路、城市乡村道路等）会导致不同的排放情况。

3. 轻型柴油车减排措施为了降低轻型柴油车的PM2.5排放，需要采取有效的减排措施，其中主要包括以下几个方面：（1）发动机控制技术：采用高效的发动机缸内燃烧控制技术，如数码喷油系统、均质燃烧等，可以有效地减少颗粒物排放。

（2）低硫燃料：低硫燃料可以降低柴油车的PM2.5排放，因此建议采用低硫燃油。

（3）粒子过滤器：粒子过滤器是一种有效的颗粒物捕集设备，可以将排放的颗粒物捕集和过滤，从而减少排放。

（4）行驶管理：通过科学合理的行驶管理，如减少启动次数、正确加速和减速、限制高速行驶等，可以有效减少轻型柴油车的PM2.5排放。

4. 结论PM2.5污染已成为我国环境保护工作中的重要问题，而轻型柴油车PM2.5排放对环境污染也有着不可忽略的影响。

因此，为减少轻型柴油车的PM2.5排放，必须采取科学合理的减排措施，从技术和管理两个层面加强控制，以实现环境保护和健康社会的可持续发展。

颗粒捕集器捕集效率及对柴油机性能影响的研究

降低９０％以上，燃油消耗率增加５％左右，排气背压增加约ｌＯｋＰａ，这可以为颗粒捕集器的正确开发及再生策略的制定提
供依据。
关键词：柴油机；ＤＰＦ；捕集效率；排放中图分类号：ＴＨ１６；Ｕ６４４．１２１文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）０６ — ０１３４ — ０３
ｒｉｇｈｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｔａｅｇｙｆｏｒｒｅｇｅｎｅｒｔｉａｏｎｏｆＤＰＦ．
机械设计与制造
１３４ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第６期２０１３年６月
颗粒捕集器捕集效率及对柴油机性能影响的研究
胡俊，孙平，梅德清，张敏
２１２０１３）（江苏大学汽车与交通工程学院 Nhomakorabea 江苏镇江
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｉｆｌｔｅｒｉｓｏｎｅｆｔｏｈｅｍｏｓｔｅｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｓｔｏｍｅｅｔｗｉｔｈｄｉｅｓｅｌｐａｔｔｉｃｕｌｔｅａｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌＨｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｗｉｌｌｂｅｓｏｍｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｎｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｗｈｅｎＤＰＦｓｉｉｆｘｅｄ．Ｈｅｒｅ，ａｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｍｏｎｒａｉｌｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｗｈｃｈｉｍｅｅｔｗｉｔｈｔｈｅＧＢ１７６９１－２００５ｓｔａｇｅⅢ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ． ∞ｕｐｇｒａｄｅｄｂｙｉｆｘｉｎｇｄｉｅｓｅｌｐｒｔａｉｃｕｌａｔｅｉｆｌｔｅｒ

轻型柴油车DPF复合再生的燃油添加剂自动加注控制系统设计

轻型柴油车DPF复合再生的燃油添加剂自动加注控制系统设计俞妍;卜建国;徐正飞;姚广涛;柳贵东【摘要】研制了一套燃油添加剂自动加注系统,以辅助微粒捕集器(DPF)更充分地再生.从硬件上设计了信号采集和调理电路、执行器驱动电路、电源电路和CAN通信电路等,软件上实现了基于状态机的控制策略,优化了燃油液位测量和添加剂加注算法.设计并进行了添加剂加注和DPF再生试验,通过数据分析得出此系统可以精确加注添加剂,从而更充分实现DPF再生.%A set of fuel additive automatic dosing system was designed to assist diesel particulate filter (DPF) to get a better regeneration. The signal acquisition and modulating circuit, actuator drive circuit, power circuit and CAN communication circuit were designed. The control strategy of state machine was realized and the fuel level measurement and additive dosing algorithm were optimized. Finally, the experiments of additive dosing and DPF regeneration were designed and carried out. The results show that the system can fill the additive accurately and realize DPF regeneration more thoroughly.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】微粒捕集器;再生;燃油添加剂;控制系统;状态机【作者】俞妍;卜建国;徐正飞;姚广涛;柳贵东【作者单位】军事交通学院基础部,天津300161;军事交通学院汽车工程系,天津300161;军事交通学院汽车工程系,天津 300161;军事交通学院汽车工程系,天津300161;军事交通学院基础部,天津300161【正文语种】中文【中图分类】TK416.1目前，我国柴油车保有量逐年增加，由此带来的污染问题日益严重。

我国车用柴油机超细颗粒物排放研究进展综述

10.16638/ki.1671-7988.2021.05.062我国车用柴油机超细颗粒物排放研究进展综述陈欢，李阳阳（长安大学汽车学院，陕西西安710064）摘要：随着人们对环境问题和健康问题的日益重视，超细颗粒物给环境和健康所带来的危害引起了各界研究者的注意。

文章对我国车用柴油机超细颗粒物排放研究进展进行了综述，简述了超细颗粒物带来的危害，介绍了目前国内对超细颗粒物的研究课题与内容，提出了未来超细颗粒物研究的方向和意义。

结果表明我国对超细颗粒物的研究还处于初级阶段，此项研究内容丰富并且有深刻的指导意义。

关键词：环境；健康；车用柴油机；超细颗粒物中图分类号：U473.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)05-204-03Overview of Research Progress on Ultrafine Particulate Matter EmissionsFrom Automotive Diesel Engines in ChinaChen Huan, Li Yangyang( School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )Abstract: As people pay more and more attention to environmental and health issues,the harm caused by ultrafine particles to the environment and health has attracted the attention of researchers from all walks of life.This paper reviews the research progress of ultrafine particulate matter emissions from diesel engines in China,briefly describes the harm caused by ultrafine particulate matter,introduces the current domestic research topics and content of ultrafine particulate matter, and proposes the future direction of ultrafine particulate matter research and meaning. The results show that my country’s research on ultrafine particles is still in its infancy. This research is rich in content and has profound guiding significance. Keywords: Environment; Health; Automotive diesel engine; Ultrafine particulate matterCLC NO.: U473.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)05-204-03前言交通行业作为我国能耗最大的行业，在消耗大量能源的同时也带来了严峻的环境问题和健康问题。

柴油机燃用生物柴油排放颗粒物的微观特征研究现状及展望

2024（1）总第1494期技术探讨与推广柴油机燃用生物柴油排放颗粒物的微观特征研究现状及展望杨通云1，2刘学渊1，21.西南林业大学；2.云南省高原山区机动车环保与安全重点实验室摘要：柴油车辆排放的废气污染物是空气污染的重要组成部分。

近年来，柴油机颗粒物排放法规不断严格，而生物柴油因其对环境友好、可广泛获得和可再生性受到了极大关注，对缓解柴油发动机的能源危机和污染物排放也具有重要意义。

柴油机使用生物柴油燃料改变了燃烧过程，从而影响颗粒物的理化性质，最后影响颗粒物的氧化反应活性。

本文综述了生物柴油对碳烟颗粒形态、纳米结构和氧化反应性的影响。

在此基础上，讨论了颗粒物微观特性与颗粒氧化反应性之间的关系。

最后，总结了本文的研究结果，并对今后的研究工作提出了展望。

关键词：柴油机；生物柴油；颗粒物；微观形貌；纳米结构；氧化活性引言内燃机由于其高效、易用等优点，在交通运输领域中占据了重要地位。

然而，它们向大气中排放的大量气体和颗粒物（PM），造成全球空气污染严重，并影响整个社会的生态系统、人类健康和经济发展。

由于工业化、城市化、交通运输的蓬勃发展，空气污染对社会生活发起了严重挑战。

近年来，研究学者对使用生物柴油燃料代替柴油越来越感兴趣，并试图研究它们是否可以抑制发动机排出的污染排放物[1]。

研究发现，生物柴油的应用可以大幅减少PM以及一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）排放，生物燃料已被证明是柴油机使用的巨大替代品。

在现代柴油车辆发动机中，大多数颗粒团聚物在柴油颗粒过滤器（DPF）中被捕获，并且由于它们的高氧化反应性被氧化。

颗粒氧化反应性取决于颗粒的物理化学性质，包括微观形态和内部纳米结构等，这些性质将随着所使用的燃料和发动机操作条件而改变。

本文对生物柴油燃料产生的碳烟颗粒的微观特性和氧化反应活性进行了分析和总结，并对今后的研究工作进行了展望。

一、柴油机燃用生物柴油的特性生物柴油生产燃料的便利性和较低的成本促进其发展和商业用途。

不同工况下DPF对柴油车颗粒物过滤特性的研究

ｅｆｆｅｃｔｓｏｆＤＰＦｏｎｔｈｅｉｌｆｔｅｉｎｒｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐａｔｉｒｃｕｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｉｈｅ — ｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｆｏｒｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｆｅｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓｗｉｔｈａｓｉｚｅｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎ１Ｉｘｍｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｉｎｔｈｅｈｉｇｈ・
ｓｐｅｅｄｓｈａｒｐｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｕｂｕｒｂａｎｄｉｒｖｉｎｇｐｈａｓｅ，ｌｅａｄｉｎｇｔｏａｌｏｗｏｖｅｒａｌｌｉｆｌｔｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（ｏｎｌｙ５２％）ｏｆＤＰＦｉｎｔｈａｔｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈＮＥＤＣｔｅｓｔｃｙｃｌｅ．
ＣｈｅｎＸｉｏｎｇ，ＬｉＭｅｎｇｌｉａｎｇ，ＨｏｕＸｉａｎｊｕｎ＆ＸｕＹｕｅｙｕｎ
１．ＣｈｉｎａＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ｎｎｉｆｎ３００１６２；

装有DPF的轻型柴油车颗粒物排放特性的研究

２ＣｉａＡｔｏｉｅｈｌｙ＆Ｒｓａｃｅｔ．死ｎｊ３０６．ｈｎｕｏｔｅＴｃｎｏｍｖｏｇｅｒＣｎｅｅｈｒｎｎ０１２ｉ
［ｂｔａｔＵｉｇｅｃｏｉｌｗｐｅｓｒｉｐｃｒ（ＬＩ，ｔｅｐｒｃｌｅｍｔｒ（Ｍ）ｅｉｉｎａｄｉＡｓｃ］ｓｌｔｎｃｏｒｓｕｅｍａｔＥＰ）ｈａｉａａｅＰｒｎｅｒｏｔｕｔｔｍｓｏｎｓｓｔ
［摘要】利用电子低压冲击器，研究了配装ＤＦ的轻型柴油车使用不同燃油时，ＰＰＤＦ前后颗粒物排放状况以及颗粒物数量浓度和质量浓度在粒径上的分布。结果显示，车辆使用硫质量分数高的燃油时排放的颗粒物的数量
和质量都比车辆使用硫质量分数低的燃油时大，但经ＤＦ过滤后，Ｐ不论使用何种燃油，颗粒物的数量和质量都会大幅减少，尤其以粒径在００ｔ．４ｘｍ以上的颗粒物更为明显，车辆使用硫质量分数低的燃油时ＤＦ的过滤效率比车辆使Ｐ用硫质量分数高的燃油时高。
汽２１（３）１００年第２卷第２期
车
工
程
ＡｕｔｍｏｉｅＥｎｇｎｅｉｏｔｖｉｅｒｎｇ
Ｆ的轻型柴油车颗粒物排放特性的研究Ｐ
徐月云李孟良方茂东侯献军，，，
（．武汉理工大学汽车工程学院，１武汉４０７；２３００．中国汽车技术研究ｑ心，－天津３０６０１２）
ｔａｉｎ；ｍａｓｃｎｃｎｔａｉｎｒｔｏｓｏｅｒｔｏ

轻型柴油车PM2.5排放特性研究

轻型柴油车PM2.5排放特性研究钟祥麟;李君;李伟【摘要】基于NEDC工况循环,利用MEXA-1000SPCS和ELPI对国Ⅲ～国V轻型柴油车的PM2.5排放特性进行研究,并研究DPF后处理系统前、后的颗粒物排放特性.结果表明:国Ⅳ轻型柴油车负荷工况对PM2.5排放的影响要大于发动机温度的影响;无论冷起动还是热起动,市郊工况的PM2.5排放均大于市区工况,瞬时加速工况会造成PM2.5排放瞬时升高;采用DPF技术可以使国Ⅴ轻型柴油车的PM2.5排放远低于国Ⅳ轻型柴油车排放.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P52-54)【关键词】轻型柴油车;PM2.5;排放特性;DPF【作者】钟祥麟;李君;李伟【作者单位】中国汽车技术研究中心;天津大学;中国汽车技术研究中心;中国汽车技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】U464从机动车排放法规的发展趋势可以看出，在严格控制颗粒物质量（PM）排放的同时，也开始控制颗粒物数量（PN）的排放。

我国机动车排放法规遵循欧洲路线，与欧Ⅴ类似，从国Ⅴ开始，对PM排放大幅削减的同时，对轻型柴油车的PN排放也提出了要求，即PM为4.5 mg/km，PN为6×1011个/km[1]。

因此，PN 排放将是我国推行未来排放法规的一个关注重点。

本文根据国内轻型柴油车的技术特点，选取从国Ⅲ～国Ⅴ3个排放阶段的轻型柴油车作为研究对象，对其进行颗粒物排放分析，利用颗粒物数量测量设备对轻型柴油车PM2.5排放特性和粒度分布特性进行研究，并针对装备有DPF后处理系统的国Ⅴ轻型柴油车对PM2.5的影响进行分析。

所选轻型柴油车样本均采用高压共轨喷射技术，国Ⅳ阶段的轻型柴油车采用DOC 和EGR技术，满足国Ⅴ要求的轻型柴油车均配有DPF后处理系统。

试验在温湿度可控的环境仓内进行，由底盘测功机提供道路模拟阻力，所选车辆按GB 18352.3-2005中规定的I型试验方法开展试验[2]，采用NEDC工况循环。

国六轻型汽车超细颗粒排放特性研究

国六轻型汽车超细颗粒排放特性研究
赖益土
【期刊名称】《车辆与动力技术》
【年(卷),期】2022()2
【摘要】国内外汽车排放标准对空气动力学直径23 nm以上的固态颗粒提出控制要求,未对23 nm以下的颗粒做要求.文章采用满足PMP工作组技术要求的23 nm 以下颗粒测试设备,选取6辆国六阶段轻型汽车,研究不同排放控制技术路线车辆在全球统一工况(WLTC)下的颗粒物排放特性.研究发现,在WLTC循环实验中,国六进气道喷射(PFI)车辆在超高速阶段产生大量10~23 nm的固态颗粒物,循环Sub23增量达到120%~150%;国六缸内直喷(GDI)和混合喷射(MxI)车辆Sub23增量在40%~60%之间;国六柴油颗粒捕集器(DPF)或汽油颗粒捕集器(GPF)车辆的Sub23增量在0~20%左右,DPF和GPF对SPN23和SPN10颗粒排放有较好的过滤作用.同时,WLTC循环颗粒瞬态排放特性和各速度段排放结果表明,冷起动仍是车辆SPN23和SPN10排放的主要阶段.
【总页数】4页(P52-55)
【作者】赖益土
【作者单位】厦门环境保护机动车污染控制技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】U467.1
【相关文献】
1.高压共轨柴油机Sub-220 nm超细颗粒物排放特性研究
2.机动车排放细微/超细颗粒物消光特性的Mie理论研究
3.聚甲氧基二甲醚对发动机超细颗粒排放特性影响的试验研究
4.EGR对轻型柴油机超细颗粒排放的影响
5.城市道路轻型汽油车细颗粒物的排放特性
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

柴油机颗粒物的形成、危害及其控制方法

柴油机颗粒物的形成、危害及其控制方法李晓丽;戴培赟;张吉亮;殷铭良;王东娟【摘要】柴油发动机广泛应用于柴油车和各种非道路工程机械中,由于在使用过程中会产生大量颗粒物和CO、HC、NOx等有害气体,因此需要有效地对其加以控制.文章介绍了颗粒物的产生过程及其对人体的危害,综述了通过使用生物柴油、含氧燃料添加剂及其他改性燃料改善燃油品质和通过调整喷油正时、喷油压力等喷油参数降低颗粒物排放的燃烧控制技术研究进展,重点对使用柴油颗粒过滤器的颗粒物常规控制技术及其再生方式和类型进行了比较,并讨论了今后的发展方向.【期刊名称】《机电设备》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】10页(P6-15)【关键词】颗粒物;生物柴油;柴油颗粒过滤器;主动再生;被动再生【作者】李晓丽;戴培赟;张吉亮;殷铭良;王东娟【作者单位】潍坊工商职业学院工程材料研究所,山东潍坊 262234;潍坊市经济学校,山东潍坊 262234;潍坊工商职业学院工程材料研究所,山东潍坊 262234;潍坊市经济学校,山东潍坊 262234;潍坊工商职业学院工程材料研究所,山东潍坊 262234;潍坊工商职业学院工程材料研究所,山东潍坊 262234;潍坊工商职业学院工程材料研究所,山东潍坊 262234【正文语种】中文【中图分类】U262.110 引言柴油发动机热效率高，广泛用于交通运输及各种工业和商业领域，但在使用过程中产生大量的颗粒物及 NOx等有害气体，近年来柴油机颗粒物的排放控制技术成为各国政府和科研人员的关注热点，目前用于颗粒物及NOx排放控制的技术主要有燃烧前控制技术、燃烧中控制技术和燃烧后控制技术[1-2]。

燃烧前控制技术和燃烧中控制技术属于机内净化技术，前者主要是通过改善燃油品质，如使用含氧燃料和其他改性燃料实现对颗粒物排放的控制，后者主要是通过调整喷油正时、喷油压力和喷油方式等喷油参数实现对颗粒物排放的控制；燃烧后控制技术也称机外净化技术，主要是通过使用柴油机颗粒过滤器（DPF）和柴油机氧化催化器（DOC）等附加装置或设备对燃烧产物进行过滤和催化处理的颗粒物排放控制技术。

城市道路轻型汽油车细颗粒物的排放特性

城市道路轻型汽油车细颗粒物的排放特性陈许冬;李铁柱;严振兴【摘要】为研究轻型汽油车在南京市区道路上的细颗粒物排放特征,建立了车载测试系统.通过对比实际道路和底盘测功机测试结果探讨了机动车速度、加速度及行驶工况对细颗粒物排放的影响.实际道路下,加速状态下的车辆颗粒物数量、质量浓度明显高于其他行驶状态；在低速情况下,核模态(Dp＜50 nm)细颗粒物数量浓度较大,高速条件下积聚模态(50 nm＜Dp＜565 nm)的颗粒数量较多.底盘测功机试验的颗粒物平均数量浓度为车载试验下的1.62倍,但质量浓度仅为车载试验的0.18倍.粒径100 nm以下的细颗粒物数浓度占整个测试的绝大部分.高速及急加速下,车辆会产生更多细颗粒物.结果表明:实际道路轻型汽油车的细颗粒物排放特性可用该车载系统来描述.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)003【总页数】7页(P254-260)【关键词】细颗粒物;道路测试;轻型汽油车;数量浓度;质量浓度;粒径分布【作者】陈许冬;李铁柱;严振兴【作者单位】东南大学交通学院,江苏南京210096;东南大学交通学院,江苏南京210096;东南大学交通学院,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】U473.9PM2.5纳入新版《环境空气质量》(GB 3095—2012)标准，但是给出的PM2.5是基于质量排放量的，细颗粒物特别是超细颗粒物的数量浓度没有引起足够的重视.颗粒物的分类方法是按照空气动力学直径的方法，被分为4种类型［1］:可吸入颗粒物(PM10)，空气动力学直径Dp＜10 μm;细颗粒物(PM2.5)，Dp≤2.5 μm;超细颗粒物，Dp≤100 nm;纳米颗粒物，Dp≤50 nm.流行病学和毒理学研究发现细颗粒物与心血管系统、人群呼吸系统疾病和死亡显著相关，超细颗粒物数量c浓度高、表面积较大，带来的危害大于PM2.5［2］.目前对于汽油车颗粒物排放特性的研究，主要方法有底盘测功机法［3］，隧道实验法［4］，路侧测量法［5］，车辆追踪法［6］.底盘测功机上的车辆行驶工况可以很好地控制，但不能真实反映实际道路状况;隧道方法可较好地反映各种车辆排放情况，但难以应用到开阔的路段上;路侧测量法可以很好地反映颗粒物排放的时空特征，但是也最容易受到各种外界环境条件的干扰;车辆追踪法可以较好地得出测试车辆的排放及扩散特征，但测试车辆的尾气排放湍流容易受到追踪车辆的影响.单车的车载系统试验是较为有效地研究车辆实时颗粒物排放的方法.笔者首先简述车载测试系统的构建和测试方案，之后从速度、加速度、行驶工况3方面分析轻型汽油轿车颗粒物瞬时排放影响规律，最后将实际道路测试的结果与底盘测功机试验结果进行对比分析.1 车载系统构建及测试方案1.1 车载测试系统工作原理车载试验设备主要包括实时记录车辆颗粒物排放状况的发动机排气粒径谱仪(EEPS)(TSI)(测量粒径范围为5.6～560 nm)、对采样气体稀释的射流式稀释器(可以保留粒子原始的粒径和浓度分布，且稀释比为定值)以及汽车诊断仪(OBD-Ⅱ)及GPS.其工作原理:利用尾气收集系统实时采集一定量的机动车尾气，传输到射流式稀释器(DEKATI)，同时，利用空气压缩机(PUMA)，提供一定量的压缩空气，再经过油气分离、水气分离及干燥装置，把压缩空气变成纯净空气传输到稀释器中，经处理后的机动车尾气由稀释器传输到 EEPS，EEPS通过RS232与笔记本电脑连接，电脑记录颗粒物的粒径分布和数量浓度，与此同时，电脑连接车辆的OBDⅡ系统，获得发动机转速、车辆速度、节气门开度等信息，并把通过手持式GPS(MAP60csx)获得的车辆速度、距离及道路高程信息导入到电脑中.1.2 测试方案利用道路试验采集系统采用平均车流统计法获得能够反映车辆真实运行特征的试验数据.以满足国Ⅲ排放标准的轻型汽油货车作为测试对象(五菱之光6376A3，手动5挡变速器，排量为1.149 L，行驶里程为5.0×104km)，由熟悉南京市道路的且有丰富驾车经验的驾驶员按照预先选定的试验路线行驶.测试的南京市道路包括快速路、主干道、次干道和支路多种具有代表性的道路.实际道路测试时间为13:30—15:30和16:30—18:30这2个时间段，测试温度在15℃左右，风速2级，东南风.实验室测试是利用建立的车载系统，在底盘测功机上进行测试:① 按照NEDC标准工况测试;②等速采样，即按照稳态速度的情况下，收集车辆颗粒物排放结果，测试速度为 10，20，30，40，50，60，70，80 km·h-18个区间，每个速度持续时间为5 min.其中，影响测试数据可重复性的因素主要包括:① 测试车辆的一致性，以及燃料类型(含硫量)的一致性;②测试的路线、天气情况等外部因素保持一致性;③驾驶员的驾驶行为，即能和平均交通流状态相吻合;④尾气检测设备的一致性，即在整个测试过程中尾气检测设备保持良好的工作状态.2 车载测试结果2.1 车辆行驶工况的特征根据相关文献及实际交通状况，把速度按10 km·h-1为间隔划分区间进行分析.根据南京市机动车实际运行状态下加速度出现的频率将加速度划分为7个区间，如表1所示［7］.表1 加速度区间的划分m·s-2减速匀速加速编号区间编号区间编号区间D1 -0.3≤0.3 D2 -0.5≤a＜ -0.1 O -0.1≤a≤0.1 A1 0.1＜a≤0.5 D3 a＜-0.5 A3 a＞0.5 a＜-0.3 A2 0.3＜a≤实际道路测试与NEDC的工况对比如表2所示，南京市的机动车实际行驶工况与标准城市工况相比，加减速比例较高，匀速时间比例较低.且实际道路测试中的车辆平均速度比标准工况下的小.城市实际道路上较为频繁的加减速以及较低的行驶速度对车辆的细颗粒排放有重大影响，也是分析城市道路车辆细颗粒排放的前提条件.表2 车辆行驶工况选取其中典型的道路测试结果，瞬时颗粒物总浓度与速度分布如图1所示.随着速度的增加，总颗粒物数浓度也增加.这是由于车辆的档位变化较为频繁，发动机转速相对于车辆速度变化更为显著.车辆的颗粒物排放与发动机转速及档位的变化有较强的关系，因此污染物浓度波动会高于对应的车辆速度的波动.图1 颗粒物总数量浓度与速度分布图2.2 不同等级道路下细颗粒物排放分布把颗粒物数据进行时间和空间上的对应，根据EEPS、GPS及OBD数据的时间，并对颗粒物从发动机排放至尾气管口及传输至EEPS的时间进行估计获得对应的时间延误.另外，在经过道路及交叉口时，记录下相应的时间并与相应的道路对应起来.在时间和空间对应之后，对不同等级道路上的车辆细颗粒物分析如图2所示，各等级道路上的细颗粒物数量浓度随粒径的变化呈现出类双峰正态分布，颗粒物数量浓度分布均在粒径中值为10.8 nm时达到峰值，其中快速路上的数量浓度值最大，为4.57×106个·cm-3，其次是支路，主干路，最低的是次干路，其值为8×105个·cm-3.此粒径范围的颗粒主要是以核模态的形式存在，受到速度及加速度共同影响，故不能和道路等级完全对应.第2个峰值发生在粒径中值为39.2 nm 时，颗粒物数量浓度仅为第1个峰值的20%，此粒径下的颗粒主要是以较大粒径的积聚模态形式存在.在粒径小于39.2 nm时，4种道路类型上的细颗粒物数量浓度排放随着粒径的增加变化较为显著，快速路的平均数量浓度值最高，支路次之，大约是次干路的1.5倍，其中分布于该粒径段的细颗粒物数量占全部粒径数量浓度的90%左右.超细颗粒物数量浓度占相应总浓度均约为99.5%.图2 不同道路等级的颗粒物数量浓度不同道路的颗粒物质量浓度如图3所示，各等级道路上的细颗粒物质量浓度主要集中在大粒径区间.当颗粒物粒径大于100 nm时，各道路上颗粒物质量浓度急剧增加，快速路上的增长最为明显，约是支路上的3倍.粒径小于100 nm的超细颗粒数量浓度占据99.5%，但平均质量浓度均较低;快速路下的质量浓度最大，为33.7%，支路下最小，仅占13.9%.支路及次干路的车辆加减速最为频繁，发动机混合气燃烧最为不利，导致大颗粒物的生成.图1，2说明:核模态的颗粒物数量主导着整个颗粒物的数量浓度，但是所占的质量浓度较低.图3 不同道路等级的颗粒物质量浓度2.3 细颗粒物粒径分布特性颗粒物排放特性主要内容包括粒径呈类双峰正态分布，与数量浓度的变化如图4所示，试验车辆颗粒物数量浓度随着粒径的增加，其分布呈现出先递增，后递减的趋势，平均数量浓度为1.0×106个·cm-3，数量浓度峰值出现的粒径范围为10.00～11.55 nm，峰值浓度为2.67×106个·cm-3.颗粒物粒径小于100 nm的超细颗粒物数量约占排放的总颗粒物数量的92%.图4 颗粒物数量浓度随粒径的分布颗粒物质量浓度随粒径呈类双峰正态分布，如图5所示，颗粒物的质量浓度最大值(148.32 μg·m-3)出现在颗粒物粒径为100 nm附近.颗粒物质量浓度基本呈现类双峰正态分布，但第2个峰值出现在颗粒物粒径为560 nm时，这是由于受到EEPS测量范围的限制，颗粒物质量浓度可能继续增加，但这需要更进一步的研究. 图5 颗粒物质量浓度随粒径的分布颗粒物数量浓度与质量浓度的粒径分布有着较大的区别，粒径小于100 nm的超细颗粒物数量浓度约占全部颗粒物浓度的92%，而其颗粒物质量浓度仅占全部质量浓度的10% 左右，说明在实际道路条件下，超细颗粒物数量浓度主导了测量的颗粒物范围.2.4 速度对细颗粒物排放影响试验车辆的颗粒物数量浓度随车辆速度的增加而增加，分布如图6所示，当车辆速度大于40 km·h-1后，颗粒物的数量浓度随车速增加而急剧升高.这与相关研究结论一致［8］.原因是车辆在较高车速行驶时，为了保证车辆的动力性能，发动机实际空燃比高于理论空燃比，车辆需要通过相对较浓的混合气才能实现，这将导致某些挥发性有机物排放的升高，产生更多的一次颗粒物.当车速在50～60 km·h-1时，粒径小于45.32 nm颗粒物数量浓度排放占整个粒径区间的97%，颗粒物浓度分布在粒径中值为12.41 nm时，达到最大值9.72×106个·cm-3，该值占整个颗粒物数量的12.95%.在车速为0～40 km·h-1，颗粒物数量浓度分布在粒径中值为10.80 nm时达到最大值.粒径小于10.8 nm的颗粒主要为核模态颗粒物，主要是由一次颗粒物的冷凝和凝聚形成，由金属化合物、半挥发性有机物以及硫化物组成［9］.较低的速度更容易产生核模态颗粒物.粒径小于100 nm的超细颗粒物数量浓度占整个粒径段的比例很高，达到了97.9%.这也充分说明，即使在不同的速度下，超细颗粒物依然主导着颗粒物数量浓度.图6 颗粒物数量浓度随速度分布颗粒物质量浓度随速度分布如图7所示，各速度下的质量浓度曲线在粒径小于200 nm下均服从类正态分布，在粒径中值为93.10 nm颗粒物质量浓度达到峰值.在速度为50～60 km·h-1下的颗粒物在粒径200 nm以上质量浓度呈快速增长，说明在高速下，由于发动机燃料的不充分燃烧加剧，车辆产生了更多的较大粒径的颗粒物.与此同时，粒径小于100 nm的超细颗粒物质量浓度平均仅占整个粒径范围的42.3%.图7 颗粒物质量浓度随速度分布2.5 加速度对细颗粒物排放影响各加速度下的细颗粒物数量浓度曲线随粒径的变化呈现类双峰正态分布，如图8所示.车辆在加速度0.1～0.3 m·s-2下的数量浓度值最大，加速度在-0.3～-0.1 m·s-2下的数量浓度值次之.在不同的加速度下，细颗粒物数量浓度分布均在粒径10.8 nm时达到最大值.加速度处于0.1～0.3 m·s-2时，数量浓度分布达到最大值为3.72×106个·cm-3;在加速度为0.3～0.5，＞0.5，＜ -0.5 m·s-2下，颗粒物数量浓度在粒径中值为69.80 nm时呈现第2峰值.当粒径大于100 nm，各加速度区间的颗粒物数量浓度均较低，所占比例均约为2.8%.图8 颗粒物数量浓度随加速度分布细颗粒物质量浓度随加速度的变化呈现出较为明显的规律，基本服从双峰分布，如图9所示.各加速度下的颗粒物质量浓度分布在颗粒物粒径在100 nm时达到峰值.加速度为0.3～0.5 m·s-2下的细颗粒物质量浓度分布在粒径中值为107.46 nm时达到最大值，为415.64 μg·m-3.加速度为 -0.1～0.1 m·s-2下的颗粒质量浓度分布在粒径中值124.09 nm时达到最小值，为61.76 μg·m-3.图9 颗粒物质量浓度随加速度分布粒径小于100 nm的颗粒物质量浓度仅占整个测量范围内颗粒质量的43.5%，远低于对应的数量浓度所占的比例.不同加速度对颗粒物的质量浓度的影响差异比较大.较大的加速度容易造成供油过量，混合气过浓，部分燃油不能够完全燃烧，颗粒物排放增加，而相对较小的减速度，会造成车辆燃油停止，燃烧温度降低，颗粒物排放也相对增加.2.6 行驶状态对细颗粒物排放影响对比颗粒物数量浓度随行驶模式分布如图10所示，不同行驶状态下的细颗粒物数量浓度均服类从双峰正态分布，相对应的粒径中值为10.80，52.33 nm.其中，粒径中值为10.80 nm下的数量浓度为相应行驶状态下的最大值.加速状态下的颗粒物数量浓度峰值最高为3.29×106个·cm-3，怠速状态下的颗粒物数量浓度峰值最低为1.88×106个·cm-3.粒径大于100 nm的超细颗粒物数量仅为相应状态下的颗粒物数量的1.6%.图10 颗粒物数量浓度随行驶状态分布颗粒物质量浓度与行驶模式如图11所示.加速状态下颗粒物的质量浓度明显高于其他3个行驶状态的颗粒物质量浓度排放，加速行驶状态的峰值浓度为259.58μg·m-3，是匀速状态下的2.78倍;怠速状态下颗粒物分布在粒径中值为191.10 nm时，达到峰值85.8 μg·m-3.图11 颗粒物质量浓度与行驶模式怠速状态下的超细颗粒物质量浓度所占比例最小为17.9%，加速状态下的超细颗粒物所占比例最大为46.7%.由此可以看见，加速状态下的占比最高，应尽量避免行驶过程中频繁的加减速.从上述分析可以看出，加速状态下车辆的颗粒数量浓度、质量浓度均最高，减速状态次之，怠速状态下的各种浓度排放均最小.在加速过程中，随着汽油车负荷的增加，缸内的温度升高，过量空气系数变小，混合气会过浓，构成了高温缺氧、燃油裂解脱氢反应的有利条件，从而生成大量的碳烟核心，这些碳烟核心再经历表面增长和凝聚等过程，形成大量的颗粒物［10］.3 车载测试与标准工况测试结果对比为了确定机动车颗粒物排放，需要对机动车行驶状态进行控制，从而开展了底盘测功机试验.使用同一车辆在底盘测功机上开展NEDC标准试验.图12为标准工况下的速度和总数量浓度分布.细颗粒物数量浓度与车辆速度变化呈现出一致的趋势，车辆速度增加，颗粒物数量增加，测试车辆的颗粒物数量浓度排放最高点出现在120 km·h-1处，其数量浓度为2.57×107个·cm-3.数量浓度分布随着速度分布也呈现周期性，且城郊工况与城市工况下车辆排放有较大的差异.图12 测试车辆瞬态循环颗粒物数量浓度排放3.1 颗粒物的粒径分布不同测试工况下的颗粒物数量浓度分布如图13所示，在车载道路试验中，粒径小于100 nm的超细颗粒物数目占全部颗粒数的93.8%，颗粒物的数量浓度分布在粒径中值10.80 nm时达到峰值，为2.67×106个·cm-3;在NEDC中，粒径小于100 nm的颗粒物数目占全部颗粒数的97.2%，颗粒物的数量浓度分布在粒径中值10.80 nm时达到峰值，为7.17×106个·cm-3.图13 不同测试工况下颗粒物数量浓度分布不同测试工况下的颗粒物质量浓度分布如图14所示，车载测试工况下的颗粒物平均质量浓度是底盘测功机试验的4.28倍.在道路试验中，当粒径中值为80.58 nm 时，颗粒物的质量浓度达到峰值，为148.322 μg·m-3;对应在NEDC中，质量浓度在粒径中值254.83 nm时达到峰值，为31.26 μg·m-3.图14 不同测试工况下颗粒物质量浓度分布3.2 不同速度下颗粒物排放不同测试工况下的颗粒物数量浓度分布如图15所示，底盘测功机试验下颗粒数量浓度分布为单峰正态分布，且平均数量浓度大于分布分类双峰正态分布的道路测试结果，各速度下的颗粒物数量浓度分布在颗粒物粒径为8.66～11.55 nm时均达到峰值，在底盘测功机试验中，当速度为50 km·h-1，颗粒物的数量浓度值最大，为1.38×107个·cm-3.图15 不同测试工况下颗粒物数量浓度分布当速度分别为15，35，50 km·h-1时，底盘测功机试验的颗粒物平均数量浓度分别为车载试验的2.36，1.26，1.23 倍.车载测试速度为50 km·h-1，粒径为19.10 nm时，数量浓度达到最大值8.90×106个·cm-3.当粒径中值在25.00 nm以下时，NEDC的颗粒物浓度占总的颗粒物平均比例为67.2%，车载测试条件下该比例为94.4%.不同测试工况下的颗粒物质量浓度分布如图16所示，车载试验的颗粒物平均质量浓度约为5.35倍NEDC下的数值.车载低速条件下，质量浓度呈现明显的正态分布特征，在粒径93.10 nm时，浓度达到峰值;高速条件下，大粒径的颗粒物占据质量浓度绝大部分.超细颗粒物在车载试验中所占比例为40.9%，而在NEDC试验下，该值为17.6%.图16 不同测试工况下颗粒物质量浓度分布2种测试工况下，颗粒物数量浓度都随速度的提高相应增加.当颗粒物粒径为8.66～11.55 nm时，各速度区间的颗粒物数量浓度均达到峰值.车载条件下的数量浓度呈现类双峰正态分布，而底盘测功机试验下呈现单峰正态分布.当速度分别为15，35，50 km·h-1时，底盘测功机试验的颗粒物平均数量浓度为车载试验的分别为2.36，1.26和1.23倍，质量浓度为车载试验的0.21，0.17和0.18倍.4 结论1)在粒径中值小于39.24 nm的范围内，快速路上的颗粒物数量最高;当颗粒物粒径大于100 nm时，快速路上的颗粒物质量浓度增长最为明显，并且在该粒径段的质量浓度占整个粒径段的80%.2)车辆速度对轻型汽油车细颗粒物排放的数量浓度与质量浓度的影响基本一致，均随速度的增加而升高，且伴随大粒径颗粒物的生成.3)加速度在0.1～0.3 m·s-2时，其颗粒物数量浓度值最大，当粒径小于100 nm 时，加速度对颗粒物的数量浓度影响明显;当加速度为-0.1～0.1 m·s-2时，其对应的颗粒物数量浓度、质量浓度最小.4)加速下车辆的颗粒数量浓度、质量浓度均最高，减速状态次之，怠速状态下各种浓度排放均最小.5)在道路试验中，粒径小于100 nm的颗粒物数目占全部颗粒数的93.8%;在底盘测功机试验中，该比例为97.2%.参考文献(References)【相关文献】［1］Biswas P，Yu W C.Nanoparticles and the environment［J］.Journal of the Air＆Waste Management Association，2005，55:708-746.［2］Stö M，Breitner S，Cyrys J，et al.Daily mortality and particulate matter in different size classes in Erfurt，Germany［J］.Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology，2007，17:458-467.［3］刘双喜，高俊华，张雅洁，等.轻型汽油车排气颗粒粒子排放特性试验研究［J］.小型内燃机与摩托车，2009，38(6):22-25.Liu Shuangxi，Gao Junhua，Zhang Yajie，et al.Experimental study on exhaust particles from light duty gasoline vehicle［J］.Small Internal Combustion Engine and Motorcycle，2009，38(6):22-25.(in Chinese)［4］Phuleria H C，Geller M D，Fine P M，et 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speeds over short distances ［J］.Atmospheric Environment，2006，40:7125-7137.［9］Pant P，Harrison R M.Critical review of receptor modeling for particulate matter:a case study of India［J］.Atmospheric Environment，2012，49:1-12.［10］尹必峰，何建光，徐毅，等.后喷对轻型柴油机燃烧过程及排放性能的影响［J］.江苏大学学报:自然科学版，2011，32(5):506-510.Yin Bifeng，He Jianguang，Xu Yi，et al.Influence of post-injection strategy on combustion process and emission characters at low load working condition in light-duty diesel engine［J］.Journal of Jiangsu University:Natural Science Edition，2011，32(5):506-510.(in Chinese)。

DPF对柴油车气态及颗粒物污染物排放的影响.

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粒径／Ｂｍ
图４
ＤＰＦ之前取样的粒径分布
ＤＰＦ后颗粒物浓度粒径
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粒径／Ｂｍ
图５
ＤＰＦ之后取样的粒径分布
０．１６
０．１４—８５．６６％
ＮＯ，／（ｇ／ｋｍ）２．３１２．３４２．３３２．６８２．５９
２．６３
１３．２２％
Ｃ０２（ｇ／ｋｍ）２５９．００２５９．００２５９．００２９２．００２９４．００２９３．００１３．１３％
ＰＭ／（ｍｇ／ｋｍ）
３８４．１７
３８２．３２
３８３．２５
１８１．１０
１６９．７３
１７５．４２
排气颗粒物从质量浓度和数量浓度两个方面的分析表明，ＤＰＦ对颗粒物质量的降低可以达到９８％，而对颗粒物数目的降低
效果更可以达到９９．６％。同时，研究也发现，ＤＰＦ对冷起动下车辆颗粒物排放也有很好的过滤效果。但是在市郊工况的特殊情况ＤＰＦ会发生异常再生，车辆ＰＭ下降仅约为５５％，过滤效果大大降低。
【关键词】ＤＰＦ颗粒物质量浓度数量浓度
６．００Ｅ＋０７
５００Ｅ＋０７
ｎ量４．００Ｅ＋０７
交
３．００Ｅ＋０７
蠖
晋２．００Ｅ＋０７
糕
ｐ
Ｅ
皇
ｏ、毯爱皿暴
１．００Ｅ＋０７
Ｏ００Ｅ＋００
２．５０Ｅ＋０５

dpf柴油车面临的主要技术问题及解决方案研究

收稿日期：２０１９－０５－２１作者简介：伍赛特（１９９０），男，硕士，助理工程师，主要研究方向为内燃机与动力装置㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｕｓａｉｔｅ＠１２６ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０１９４６６／ｊｃｎｋｉ１６７４－１９８６２０１９１１０２２ＤＰＦ柴油车面临的主要技术问题及解决方案研究伍赛特（上海汽车集团股份有限公司，上海２００４３８）摘要：重点阐述了配装有颗粒捕集器（ＤＰＦ）的柴油车面临的相关技术问题，并针对问题给出了相应的解决方案，为相关科学研究及工程实践提供了参考㊂即便存在一系列技术问题，但ＤＰＦ依然是当前用于柴油车的有效减少ＰＭ排放的后处理装置㊂因此需依据车型特点进行相应的ＤＰＦ参数匹配，以解决相应的问题㊂随着相关技术的不断完善及优化，ＤＰＦ必将会在柴油车领域得以广泛应用㊂关键词：柴油车；颗粒捕集器；颗粒排放物；燃烧；再生中图分类号：Ｕ４６㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７４－１９８６（２０１９）１１－０９１－０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭａｉｎＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｒｏｂｌｅｍｓａｎｄＳｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＤＰＦＤｉｅｓｅｌＶｅｈｉｃｌｅＷＵＳａｉｔｅ（ＳＡＩＣＭｏｔｏｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｆａｃｅｄｂｙｄｉｅｓｅｌｖｅｈｉｃｌｅｓｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｆｉｌｔｅｒ（ＤＰＦ）ｗｅｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｇｉｖｅｎｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｒｅｌｅｖａｎｔｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｅｖｅｎｉｆｔｈｅｒｅａｒｅａｓｅｒｉｅｓｏｆｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｉｔｉｓｕｎｄｅｎｉａｂｌｅｔｈａｔＤＰＦｉｓｓｔｉｌｌｔｈｅｐｏｓｔ⁃ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｄｅｖｉｃｅｕｓｅｄｂｙｄｉｅｓｅｌｖｅｈｉｃｌｅｓｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅＰＭｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｍａｔｃｈｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＤＰＦｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＤＰＦｍｕｓｔｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｄｉｅｓｅｌｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｅｓｅｌｖｅｈｉｃｌｅ；Ｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｆｉｌｔｅｒ；Ｐａｒｔｉｃｌｅｅｍｉｓｓｉｏｎ；Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ０㊀引言颗粒捕集器（ＤＰＦ）是柴油车上配置的用于消除颗粒（ＰＭ）的后处理装置㊂柴油车排气系统安装ＤＰＦ之后，排气背压将会随之升高㊂如果在ＤＰＦ工作过程中，无法及时清除过滤的ＰＭ，则随着ＤＰＦ上ＰＭ沉积量的增加，排气背压将会迅速增大，严重影响柴油机的动力性㊁经济性和排放性能［１－２］㊂目前常用的有效消除ＤＰＦ上沉积ＰＭ的方法是氧化燃烧法，但会在ＤＰＦ滤芯上留下灰分等沉积物㊂同时如果使用不当，还可能导致ＤＰＦ滤芯高温烧裂或熔化，ＤＰＦ的过滤性能将会迅速下降甚至丧失㊂因此，安装ＤＰＦ后车辆的性能㊁使用要求等将发生变化，本文作者详细介绍了ＤＰＦ柴油车行驶和使用过程存在的主要问题，并提出了相应解决方案㊂１㊀ＤＰＦ柴油车面临的主要问题１１㊀受排气温度的影响车辆处于市区工况下，ＤＰＦ中的ＰＭ通常难以着火及燃烧㊂而随着使用时间增长，储存在容积有限的过滤器上的ＰＭ数量会不断沉积增多［３］㊂如果排气温度足够高或沉积的ＰＭ极易被氧化，则沉积的ＰＭ会被氧化并排入大气㊂但是在常用市区工况下，柴油机排气温度低，而ＤＰＦ中ＰＭ的点燃温度较高㊁氧化燃烧慢，即使被引燃，中㊁小负荷下的ＰＭ也难以被完全燃烧，仅有大约８５％的ＰＭ可被氧化成ＣＯ２气体，其余部分因缺氧而无法完全燃烧，以ＣＯ的形式排出㊂在怠速工况时排气温度低于１５０ħ，柴油机在低速㊁低负荷工况时排气温度也较低，常用工况范围的排气总管出口附近的排气温度在２５０４５０ħ㊂可见，在常用工况下很难达到ＰＭ被氧化所需的６００ħ以上的高温㊂仅在高速㊁高负荷工况，排气温度可以达到该指标，且可以较快地氧化燃烧掉过滤出的ＰＭ㊂排气温度受到柴油机结构特点㊁工况和使用条件等影响，相对ＰＭ氧化所需的６００ħ以上的高温而言，普通柴油机常用工况下难以达到㊂１２㊀受排气背压的影响排气背压逐步增大，柴油机动力性㊁经济性和排放性能会相应恶化，当车辆安装ＤＰＦ后，发动机排气背压逐渐增大，发动机性能会受到影响㊂随着ＰＭ堆积量的增加，发动机排气背压会快速增大，而当再生过程控制不当时，甚至会出现部分孔道堵塞的情况㊂发动机排气背压增大或部分孔道堵塞的结果是发动机排气不畅，进气量减少，缸内混合气中残余废气量增加，燃烧速率降低，发动机动力性㊁经济性和排放性能恶化［４］㊂由于市区常用工况下ＤＰＦ中的ＰＭ无法被充分氧化燃烧，其结果会导致排气压力（背压）增加，并对发动机性能产生多方面影响，如增加排气功率消耗㊁降低增压发动机进气歧管压力㊁影响气缸扫气和燃烧㊁导致涡轮增压器故障等㊂背压增加后，首先可能会影响涡轮增压器的性能，使进入缸内空气量减少，气缸（特别是自然吸气发动机）内残余气体增加，混合气的空燃比减小，发动机排放性能恶化㊂但由于气缸内残余气体增加，相当于发动机采用了内部废气再循环（ＥＧＲ）技术，故可以轻微减少ＮＯｘ排放量，安装ＤＰＦ系统可减少２％３％的ＮＯｘ排放㊂其次会额外增加发动机压缩㊁排气的机械功或能量，还会影响废气涡轮增压气发动机的进气歧管压力，导致油耗㊁ＰＭ排放㊁ＣＯ排放和排气温度增加㊂排气温度的增加会导致排气门和涡轮增压器过热以及发动机热负荷增加，并可能引起ＮＯｘ排放量的增加㊂除此之外，背压增加可能会影响涡轮增压发动机的润滑油和冷却介质正常工作，特别是排气背压过高时，可能导致涡轮增压器的密封失效，导致润滑油泄漏到排气系统㊂对ＤＰＦ或其他催化剂系统来说，润滑油泄漏也会导致催化剂失去活性或中毒等㊂排气背压对发动机性能具有重要影响，这一点已通过大量研究被证实㊂１３㊀车辆控制及操作复杂从ＤＰＦ系统的组成及工作原理可知，对配装有ＤＰＦ的车辆进行控制，需根据车辆行驶工况㊁排气温度㊁ＤＰＦ压降（或ＰＭ过滤量）等控制ＤＰＦ再生㊂在车辆加速或较大负荷运转时，缸内燃烧的燃料多㊁排气温度高㊂通常当排气温度超过３５０ħ时，ＤＰＦ便可进行被动再生，采用氧化燃烧方式清除掉之前由ＤＰＦ捕集的ＰＭ㊂如果过滤器ＰＭ负载量达到一定限值，压降传感器信号达到阈值，ＤＰＦ系统便开始主动再生，进行自我清洁循环㊂在正常发动机燃烧过程中，向发动机缸内喷射燃油，喷射的燃油蒸发并进入发动机歧管出口的ＤＰＦ，把排气温度提高至６００６５０ħ，高温燃气即可引燃之前由ＤＰＦ捕集的ＰＭ，ＤＰＦ系统即开始主动再生㊂当车辆在进行再生循环时，ＥＣＵ将会适当提高发动机功率和怠速转速㊂如果此时主动使发动机停止运转，ＤＰＦ则会继续进行再生［５］㊂另外，安装ＤＰＦ的车辆通常会增加ＤＰＦ性能显示装置及手动再生开关等㊂在车辆正常行驶时，ＤＰＦ的再生控制系统则采用自动再生工作模式，自动清除ＤＰＦ中捕集的ＰＭ㊂但ＤＰＦ自动再生时对排气温度及行驶时间等有要求，如车辆需以８０ｋｍ／ｈ左右的速度行驶１５ｍｉｎ等㊂当车辆在长时间低速行驶㊁发动机频繁重复启动及停机等特殊条件下使用时，排气温度及高温持续时间无法满足自动再生的要求，发动机ＥＣＵ控制的自动再生系统无法正常工作，ＤＰＦ系统显示装置的再生指示灯就会点亮㊂为了防止过多堆积ＰＭ，车辆的ＤＰＦ系统一般会设置一个手动再生开关，当该开关处于ＯＮ的位置时，在车辆停止时ＤＰＦ系统也可以清除ＤＰＦ上沉积的ＰＭ，这种再生方式被称为手动再生㊂以此可说明配装有ＤＰＦ车辆的技术操作比传统车辆更加复杂㊂１４㊀使用条件要求高当车辆配装有ＤＰＦ后，其使用条件要求变高，包括车辆使用燃料和润滑油中硫㊁磷的质量分数和标号等㊂当再生过程开始后，发动机转速需高于怠速转速㊂ＤＰＦ所需的再生转速及时间随车型及制造商的不同而存在差异，再生时ＤＰＦ指示器点亮，而当再生过程结束后指示器熄灭㊂一般由于再生过程持续时间较长，释放热量较高，当ＤＰＦ工作于再生模式时，车辆不宜停放在涂装路面㊁植物旁㊁通风不良处和易燃物品附近等㊂１５㊀车辆使用及维护费用增加ＤＰＦ装置对过滤体材料要求高，同时需要温度㊁压力等监测和再生装置及其控制系统等，其研发和制造成本不言而喻㊂另外，当ＤＰＦ配装于车辆时，还需要增加车载的控制（如手动再生控制开关）及显示装置等，会导致车辆成本的增加㊂增加车载ＤＰＦ系统会导致排气背压增加，进而引起燃油消耗量增加㊂采用主动再生方式的ＤＰＦ系统，会增加额外的能耗，其结果必然是车辆的能耗费用随之增加㊂ＤＰＦ系统的增加还会使车辆的故障率增加，如再生操作不当导致ＤＰＦ滤芯材料软化㊁局部因高温熔粘及产生裂纹等损坏现象㊂若驾驶模式不当或使用劣质燃料时，会导致ＰＭ及灰分沉积量过大，如果发生此种现象就会产生额外维护费用㊂特别值得一提的是ＤＰＦ长期使用后在其过滤壁面形成的灰分沉积问题㊂发动机燃烧中产生的金属氧化物，将会随着发动机排气排出㊂由于排气温度的逐步降低，燃烧过程生成的金属氧化物等在排气排出过程中会形成灰分［６－７］㊂灰分与排气中的碳烟ＰＭ一起沉积于过滤器壁面形成ＰＭ过滤层㊂当ＤＰＦ再生时ＰＭ会发生氧化和燃烧反应，混杂在ＰＭ过滤层中的灰分前体物将会团聚和表面增长，灰分浓度越大，则灰分ＰＭ团聚和生长速度越快㊂再生结束后，这些团聚状的灰分便沉积于过滤壁面㊂随着车辆使用时间增长和ＤＰＦ反复再生，每次再生沉积于过滤壁面的微量灰分经过长期积累后便形成ＤＰＦ过滤壁面上的灰分沉积层㊂沉积层的厚度随着车辆行驶里程的增加而增加，灰分沉积层增大了气体流过壁面的阻力㊁减少了ＤＰＦ有效过滤面积，影响ＰＭ的沉积和分布㊂进而导致发动机排气背压增加㊁使得ＤＰＦ的催化剂性能丧失，导致发动机燃料经济性恶化和过滤器堵塞㊁寿命缩短㊂ＤＰＦ再生时产生的灰分沉积物会导致ＤＰＦ性能下降，最终使车辆无法正常行驶㊂因此，必须采取专用设备定期（一般行驶约２ˑ１０５ｋｍ后）消除灰分沉积层，故配装有ＤＰＦ的车辆，其维护费用高于普通车辆㊂ＤＰＦ过滤壁面上的灰分沉积层的形成速度与ＤＰＦ的再生方式及使用的燃料㊁润滑油品质密切相关㊂采用主动再生和被动再生２种不同再生方式的ＤＰＦ，其表面的灰分形态和分布相差甚大，被动再生ＤＰＦ的入口㊁中间和出口截面均有明显的灰分沉积物，接近封堵的出口附近已完全被灰分沉积物堵塞［８］㊂燃料和润滑油中硫㊁磷的质量分数对ＤＰＦ的灰分沉积影响极大㊂当使用普通柴油和柴油机油时，经过长时间使用后，反复多次再生过程，会在过滤体材料表面产生灰分沉积㊁产生多种灰分沉积物㊂ＤＰＦ再生时产生的灰分沉积物不仅导致ＤＰＦ性能下降，由于必须采取专用设备定期清除，故还会导致产生额外的维护费用㊂２㊀针对ＤＰＦ柴油车存在问题的解决方案从上述ＤＰＦ对柴油机性能的影响和常用柴油机工况排气温度低的角度来看，在常用的柴油机运转条件下，ＤＰＦ上收集的ＰＭ无法自燃及氧化，只能不断堆积，直至排气背压大到柴油机无法正常工作㊂另外，当ＰＭ被点燃后，温度容易过高，损伤或烧坏过滤器滤芯，使ＤＰＦ起不到充分净化ＰＭ的作用㊂总之，与传统柴油车相比，柴油车排气系统安装ＤＰＦ之后，使用中存在的主要问题可归纳为２个方面：（１）ＰＭ沉积量的增加引起的背压升高所导致的柴油机动力性㊁经济性和排放性能恶化问题㊂（２）清除ＰＭ（再生）时产生的高温及灰分团聚等导致的ＤＰＦ性能恶化和对车辆使用要求的提高㊂针对背压升高问题，在针对具体柴油车进行匹配时，应尽量选用流动阻力低㊁ＰＭ负载量高的ＤＰＦ，并且该类ＤＰＦ装置应配装有再生装置㊂再生装置应具有点燃沉积在过滤壁面上ＰＭ的功能，可及时清除ＤＰＦ滤芯上的ＰＭ，避免背压上升过高㊂实现再生后，可使ＤＰＦ的压降恢复到或接近使用初期状态㊂因此，可以说ＤＰＦ的再生性能决定了其能否成功应用㊂ＤＰＦ再生时面临的高温问题，可通过ＤＰＦ控制策略优化㊁结构设计和滤芯材料选择等方法解决㊂在制定ＤＰＦ再生控制策略时，再生时刻选择需要优化，以避免出现ＰＭ沉积量过多，因再生产生热量过多出现温度过高现象㊂在进行ＤＰＦ结构设计时，应采用ＰＭ分布均匀性好的ＤＰＦ结构，充分考虑再生时的散热问题，避免局部过热导致ＤＰＦ结构损坏㊂同时在选择滤芯材料时，在过滤性能及压降等指标相近的情况下，应尽量选择高熔点的耐高温滤芯材料㊂由于ＤＰＦ再生时灰分团聚的产生与ＤＰＦ结构特点㊁使用条件及柴油和润滑油品质等密切相关，ＤＰＦ过滤材料表面灰分沉积问题的主要对策有２个：（１）开发专用灰分清除设备，及时清除灰分沉积㊂（２）使用低硫㊁低灰分柴油和润滑油，减少灰分产生量㊂３㊀结论及展望即便存在一系列技术问题，但不可否认ＤＰＦ依然是当前用于柴油车的有效减少ＰＭ排放的后处理装置㊂为此需依据车型特点进行相应ＤＰＦ参数匹配，以解决相应的问题㊂随着相关技术的不断完善及优化，ＤＰＦ必将会在柴油车领域得以广泛应用㊂参考文献：［１］张海蓉．柴油机尾气中ＰＭ和ＮＯｘ在复合金属氧化物上同时催化去除的基础研究［Ｄ］．上海：上海交通大学，２００７．［２］田婵．旋转径向式微粒捕集器消声特性及流动均匀性分析［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１２．［３］魏雄武．柴油机微粒捕集器及其再生技术分析与研究［Ｊ］．重型汽车，２００５（２）：３０－３２．［４］花志远．基于ｄＳＰＡＣＥ的预测算法在ＣＮＧ发动机空燃比控制中的应用研究［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１２．［５］伍赛特．车用柴油机停缸技术研究综述［Ｊ］．汽车零部件，２０１９（４）：９２－９４．ＷＵＳＴ．Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｙｌｉｎｄｅｒｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｕｓｅｄｉｎｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ，２０１９（４）：９２－９４．［６］伍赛特．内燃机适应性及运用方式［Ｊ］．柴油机设计与制造，２０１９，２５（１）：５５－５６．［７］伍赛特．内燃机ＨＣＣＩ及ＰＣＣＩ燃烧方式研究综述［Ｊ］．能源与环境，２０１９（１）：１０－１１．ＷＵＳＴ．ＳｕｍｍａｒｙｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎＨＣＣＩａｎｄＰＣＣＩｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９（１）：１０－１１．［８］李兴虎．柴油车排气后处理技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１６．。

DOC+DPF对柴油机颗粒物排放特性的影响研究

10.16638/ki.1671-7988.2021.03.038DOC+DPF对柴油机颗粒物排放特性的影响研究*贾传德，李贵麒，张强，李宁（广西理工职业技术学院，广西崇左532200）摘要：以某型高压共轨柴油机为研究对象，研究试验样机加装DOC＋DPF 后处理装置对其颗粒排放特性的影响。

结果表明：试验样机连接DOC＋DPF后，颗粒物排放显著降低，在中高转速下，转化率平均在97%以上；在中低转速DOC+DPF对积聚态颗粒净化效率高于核模态颗粒，在1030rpm下，颗粒物总数量下降89%，总质量下降33%；在1200rpm下，颗粒物总数量下降96%，总质量下降77%。

在1030rpm和1600rpm除了70%负荷外，DOC+DPF 前的NO2/NO X比值都高于DOC+DPF后的，DOC+DPF后的NO2/NO X比值随负荷增加先减小后增加。

关键词：DOC+DPF；颗粒排放；数量浓度；NO2/NO X中图分类号：U473.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)03-125-04The Effect of DOC + DPF on the Emission Characteristics ofDiesel Particulate Matter*Jia Chuande, Li Guiqi, Zhang Qiang, Li Ning（Guangxi Polytechnic V ocational Institute of Technical, Guangxi Chongzuo 532200）Abstract: A high pressure common rail diesel engine was studied, the effects of a DOC+DPF on the particulate emission characteristics of a pilot plant were investigated. The results showed that the particulate matter emission was significantly reduced when DOC + DPF was connected to the test prototype, and the average conversion was above 97% at medium and high rotating speeds, and the purification efficiency of the accumulated particulate matter by DOC+DPF at medium and low rotating speeds was higher than that by nuclear modal particles at 1030 rpm, the total quantity of particles decreased by 89% and the total mass decreased by 33%, at 1200rpm, the total quantity of particles decreased by 96% and the total mass decreased by 77%. At 1030 rpm and 1600 rpm, except for 70% load, the NO2/NO X ratio before DOC+DPF was higher than that after DOC+DPF. The NO2/NO X ratio after DOC+DPF decreased first and then increased with the increase of load. Keywords: DOC+DPF; Particulate emissions; Quantity concentration; NO2/NO XCLC NO.: U473.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-125-04引言柴油机在动力性、经济性方面具有突出优势，但随着排放法规的日益严格，柴油机NO X和PM排放问题一直是控制的难点。

DPF对柴油车颗粒物排放的影响研究

DPF对柴油车颗粒物排放的影响研究徐月云;方茂东;侯献军【摘要】利用ELPI(电子低压冲击器)对加载DPF的柴油车分别在DPF前后和未安装DPF时进行取样,能有效研究颗粒物排放状况以及颗粒物数量浓度和质量浓度在粒径上的分布.研究发现,安装DPF后将增加车辆发动机排放的颗粒物数量和质量,但经过DPF过滤后,颗粒物质量和数量都会大幅减少,过滤效果良好.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】4页(P28-31)【关键词】颗粒物排放;过滤效率;粒径分布;数量浓度;质量浓度【作者】徐月云;方茂东;侯献军【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院,武汉,430070;中国汽车技术研究中心,天津,300162;武汉理工大学汽车工程学院,武汉,430070【正文语种】中文【中图分类】U473.9与汽油车相比，柴油车最大的问题是颗粒物污染，这些污染物正好处于人的呼吸带，而这些颗粒物中含有直接危害人体健康的苯系物、多环芳烃等致癌物。

因此，净化柴油机颗粒物是解决柴油车排放污染的一个重要问题。

颗粒捕集器（DPF）作为降低颗粒排放的后处理装置，能够大幅度地降低颗粒物排放，目前欧洲在引入柴油车排放后处理方面已经取得了一定的成果。

而在我国，随着排放法规的日益严格，要达到国IV以及将来的国V标准，DPF的使用将是一个必然的措施［1］。

因此，了解DPF对颗粒物的过滤特性，特别对颗粒物不同粒径的过滤效率，显得越来越重要。

本文利用电子低压冲击器（ELPI，Electrical Low Pressure Impactor）设备，测试柴油车颗粒物排放状况及粒径分布，由此研究柴油车辆加装颗粒物捕集器前后的颗粒物排放，全面地评价DPF对柴油车颗粒物排放特性的影响。

1 试验方法及设备1.1 试验测试方法及装置试验方案为在试验室运行NEDC，预处理阶段用ELPI采集DPF之后的颗粒物排放浓度，在正式试验时，利用ELPI在DPF之前取样，获得DPF之前的颗粒物排放浓度。