柴油机用DPF技术及其再生系统的匹配与优化_胡乃涛
柴油机DOC辅助DPF再生燃油喷射规律的优化_李顶根
图７ 再生时 ＤＰＦ 剩余 ＰＭ 质量随时间变化
从图７和图８中 可 以 看 出，ＤＰＦ 上 游 温 度 越 高 ＤＰＦ 再 生 越 快，ＤＰＦ 下 游 尾 气 温 度 也 越 高，这 是 由 于初始温度越高 ＰＭ 燃 烧 越 快，再 生 的 时 间 也 就 越 短。由图７ 可 以 看 到，在 ＤＰＦ 上 游 温 度 为 ６６０ ℃ 时，ＤＰＦ 内 ＰＭ 燃烧速度很快，在２１０ｓ时已经再生
摘要：为了有效降低柴油机颗粒捕集器（ＤＰＦ）再生 过 程 产 生 的 二 次 污 染 物 ，优 化 了 催 化 氧 化 反 应 器 （ＤＯＣ）辅 助 ＤＰＦ 再生的燃油喷射规律。采用 ＡＭＥＳｉｍ 建立了 ＤＯＣ 和 ＤＰＦ 模 型，在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中 建 立 了 发 动 机 排 放 和 ＤＰＦ 再生控制模型，将两个软件耦合搭建联合仿真 平 台。 对 模 型 进 行 了 验 证，提 出 了 先 缓 后 急 的 燃 油 喷 射 规 律。 结 果 表明：６６０ 是较为理想的 ＤＰＦ 再生温度，优化后的燃油喷射规律能够大幅降低 ＤＰＦ 再生的二次污染。 关 键 词 ：催 化 氧 化 反 应 器 ；颗 粒 捕 集 器 ；燃 油 喷 射 ；二 次 污 染 ；再 生
图２ 基于 ＡＭＥＳｉｍ 的 ＤＯＣ＋ＤＰＦ 系统模型
图 ３ 联 合 仿 真 平 台
３ 后 处 理 系 统 特 性 分 析
３．１ ＤＰＦ 捕 集 特 性 ＤＰＦ 是一种全封闭式固体颗粒捕集器，其结 构
简图见图４。尾气只能通过通道之 间 壁 面 的 毛 细 空 隙才能排出，由 于 毛 细 空 隙 直 径 较 小，因 此 ＤＰＦ 具 有很好的过 滤 净 化 效 果。 但 是，吸 附 一 定 量 的 ＰＭ 后会产生较大的排气背压。
２０１５年２月 李顶根，等：柴油机 ＤＯＣ 辅助 ＤＰＦ 再生燃油喷射规律的优化 · ５１ ·
柴油机用DPF技术及其再生系统的匹配与优化
综采工作面旋转风幕隔尘实验研究 王鹏飞"刘荣华"汤"梦"张"文"桂"哲(#!' 柴油机用 I5)技术及其再生系统的匹配与优化 胡乃涛"张学敏"林超群"余"鹏(!%$ 电解铝用滤袋缝合工艺对 5B$J' 过滤效率的影响 杨"勇"沈恒根"李纪伟"周刘轲"薛婷婷(!%! 基于 B+KL= 的轻型车颗粒物排放来源和特征分析 郝艳召"邓顺熙"邱兆文"陈瑞华(!&' 溶胶0凝胶法制备颗粒状催化剂低温 =D?脱硝性能 闫东杰"玉"亚"黄学敏"徐"颖(!$( 华北地区温度和风速对冬季灰霾形成的潜在影响 苏"盛"宋明月"吴长江"许"武"刘光远"陈兴宇(!$# 湍流场中颗粒破碎的数值模拟 刘含笑"姚宇平"郦建国(!(8 兰州市冬季细颗粒中微量金属元素及无机可溶性离子来源分析 王丹璐"张有贤"牛武江(!,, 普通醋纤香烟滤嘴中烟碱分布模拟 李珊红"唐"奇"李彩亭"曾光明"王垭曼"丁倩倩(!'' 小波分析在郑州市供暖期 5B$J' 浓度相关性分析中的应用 马跃先"孙明明"张"杰"殷巍杰"武汉清(!9% 沿面放电活化空气用于亚硫酸铵氧化 韩长民"张"轶"商克峰"吴"森"李"杰"吴"彦(!9'
固体废物处置
添加垃圾焚烧飞灰对烧结矿冶金性能的影响 郑慧敏"刘清才"孟"飞"朱博洪"兰苑培"丁"健(!8% 过氧乙酸和亚铁联用调质强化活性污泥过滤脱水性能 王彩霞"张伟军 "王东升"王庆飞(!8' 堆肥污泥施入黄土对植物生长及 DM 吸收的影响
DPF再生技术的分析和研究
DPF再生技术的分析和研究一、引言随着世界工业化进程的不断加速，污染问题也日益凸显。
其中，柴油车尾气中的微小颗粒比较难以处理，它们通过排放管道排出来的时候，会污染大气环境而引起人体健康问题。
因此，研究柴油颗粒过滤器（DPF）再生技术是一个有意义、有必要的课题。
DPF再生技术能够解决柴油车废气排放中颗粒物的处理问题，使其符合环保法规要求。
本论文的主要目的是探讨DPF再生技术的原理、特点和发展趋势。
二、DPF再生技术概述DPF是一种用于收集柴油车颗粒物的过滤器。
随着颗粒物的积累，DPF会逐渐减少发动机的效率和输出功率。
因此，DPF需要定期清洗，通常包括机械方法、化学方法和热方法。
其中，DPF再生技术指的是使用热源使过滤器内的颗粒物燃烧，以保持燃油经济性能和减少污染。
DPF再生技术的基本原理是在DPF过滤器中，通过加热使颗粒物发生氧化还原反应并将其转化为水和二氧化碳。
它可以运用三种方式来激活DPF过滤器，分别为主动再生、被动再生和强制再生。
主动再生指的是在柴油车运行时，DPEC控制单元检测到DPF过滤器已被堵塞，在车辆行驶时的高温高速的运转模式下，通过引导燃油并给予额外的热源燃烧来自动再生DPF过滤器。
而被动再生则是指运行在城市开车的车辆行驶中，车辆的高速运行情况很少。
此种情况下则经由生产商的特殊设计，让DPF过滤器运行在低温下，使其获得额外的热量加以再生。
而在强制再生方面，则是由人工控制使DPF过滤器加热，达到被动再生的温度。
常用的方法是利用引擎控制单元（ECU）存储的维护码或专业诊断仪器生成的指令来控制引擎转速，从而获得运行所需的热量。
三、DPF再生技术的特点DPF再生技术的特点主要表现在以下几个方面：（1）对环境友好。
DPF再生技术可以减少柴油车排放的颗粒物，使之符合环保要求，保护环境和人类健康。
（2）具有经济性。
使用DPF再生技术，可以有效地延长DPF 过滤器的使用寿命，减少更换的次数，节省维护成本和使用成本。
毕业论文柴油机尾气净化装置DPF再生系统开发与研究
1前言1.1 柴油机排放与其危害1.1.1 柴油机排气微粒与其危害柴油机排出的微粒的结构很复杂，一般认为这些微粒由三种成分组成：未燃烧的HC、固态的颗粒聚集物以与一些无机盐类，其中无机盐类主要指硫燃烧产生的硫化物。
这些颗粒对环境以与人体健康危害很大。
研究表明，柴油机微粒的产生与柴油的优劣以与使用方法有关。
颗粒的大小、形状与浓度对人体危害情况也是不同的，美国一些科研机构的研究表明，哮喘病、心肺疾病的发病率都与大气中微粒的浓度有直接的关系。
并且，大部分的柴油机排放微粒都能致癌[1]。
环保方面，大气中的颗粒物对环境以与能见度的危害也一直困扰着环保部门。
而柴油机所排放的PM是能见度降低的罪魁祸首，这是由于PM会散射照射到地球上的太。
有研究人员发现，数量较少的PM就能使某地区的能见度严重降低。
1.1.2NOx的危害氮氧化物的种类很多，柴油机尾气中一般以几种氧化物共同存在，但主要为NO 和二氧化氮。
汽车是人类排放NOx的一大"功臣"NOx对人体健康危害严重，NO与血红蛋白结合的程度是CO的一百倍。
人体吸入氮氧化物后，会感到眼以与呼吸道系统刺痛，严重时甚至危害神经系统，危机生命。
除此之外，氮氧化物还能与大气成分产生各种化学反应，产生的光化学烟雾能造成橡胶老化、燃料褪色等，同时严重危害人体健康。
还有，NOx也是形成酸雨的罪魁祸首之一。
酸雨严重时会改变季节变化和昼夜变化，如著名的伦敦烟雾事件；酸雨还能严重削弱太中紫外线成分，降低空气透明度，增加人类与其他动物皮肤病的发病概率;还有，酸雨还能使土壤酸碱度变化，导致土壤酸化，影响动植物正常发育，使农作物减产[2]。
另外，NOx也是主要的温室气体之一。
1.1.3 柴油机排放标准柴油机始于1892年，到现在已有百年历史。
从80年代以来，柴油机在我国也有了长足的发展。
随着柴油机使用的增多以与对其排放物的危害认识加深，柴油机排放标准也逐渐被严格控制。
美国是这一方面一直走在前列的国家，日本欧洲紧随其后也相继制定了自己的法律法规。
【CN110030071A】一种优化热管理的DPF再生系统及控制方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910292254.8(22)申请日 2019.04.12(71)申请人 江苏大学地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人 蔡忆昔 赵楠 施蕴曦 崔应欣 陈祎 季亮 (51)Int.Cl.F01N 9/00(2006.01)F01N 3/023(2006.01)F01N 11/00(2006.01)(54)发明名称一种优化热管理的DPF再生系统及控制方法(57)摘要本发明公开了一种优化热管理的DPF再生系统及控制方法，涉及柴油机排气后处理技术领域，DPF系统、NTP系统和温度控制系统均与控制系统相连，控制系统依据工况信息对各系统的工作状态进行调节；在柴油机停机时打开NTP阀门，将NTP喷射至DPF中，活性物质氧化DPF中的PM，达到再生DPF的目的；柴油机运行过程中，通过控制系统对温度控制系统的控制对DPF系统进行冷却，适当降低DPF的温度；停机再生DPF时，热介质作为热源，使得再生过程平稳进行。
通过利用温度控制系统，在柴油机停机再生过程中可将DPF 的温度维持在适宜的温度范围，以达到平稳高效地再生DPF的目的；在柴油机运行过程中，利用温度控制系统对DPF进行降温，降低排气温度对DPF 的高温冲击，延长DPF的使用寿命。
权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 110030071 A 2019.07.19C N 110030071A权 利 要 求 书1/2页CN 110030071 A1.一种优化热管理的DPF再生系统，包括DPF系统(100)、NTP系统(200)、温度控制系统(300)和控制系统(400)，其特征在于，所述DPF系统(100)包括主排气管(101)、柴油机颗粒捕集器(102)和压力阀门(103)；所述DPF系统(100)为NTP再生DPF提供反应场所；所述NTP系统(200)安装在柴油机颗粒捕集器(102)的上游，为柴油机颗粒捕集器(102)的再生提供活性气体；所述温度控制系统(300)使柴油机颗粒捕集器(102)的温度维持在适宜的温度范围内；所述控制系统(400)通过控制阀门的开闭从而控制NTP再生。
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＠１２６ ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０１９ １１ ０２２ＤＰＦ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１ １㊀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２５０ ４５０ħ㊂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㊂１ ２㊀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㊂１ ３㊀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６００ ６５０ħ，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㊂１ ４㊀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㊂１ ５㊀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．。
拖拉机用DPF系统的设计与匹配试验
拖拉机用DPF系统的设计与匹配试验
王梦华;高冬雪;宁家涛;常运来;刘西文
【期刊名称】《拖拉机与农用运输车》
【年(卷),期】2018(45)1
【摘要】对拖拉机匹配柴油机颗粒捕集器(DPF)系统进行了研究,并根据拖拉机的使用环境与工作特点,设计了适合其使用的DPF系统。
重点对DPF系统的主体结构进行了设计,并通过CFD软件仿真进行了相应的优化,使进入氧化型催化转化器(DOC)载体端面的均匀度系数达到了0.949。
同时根据DPF主动再生需要,设计了HC喷射系统,达到了精确计量HC喷射量的目的,并很好地解决了排气管喷油再生方式中喷嘴结焦的问题。
【总页数】4页(P36-39)
【关键词】颗粒捕集器;混合器;HC喷射系统;CFD仿真;氧化型催化转化器
【作者】王梦华;高冬雪;宁家涛;常运来;刘西文
【作者单位】拖拉机动力系统国家重点试验室;平原滤清器有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】S219
【相关文献】
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PM 进行处理，也就是 DPF 的再生，这是 DPF 需要解 ∶ 4∶ 2∶ 4，其中压路机又分为单钢轮压路机、双钢轮压 决的关键技术之一［19］。DPF 再生系统主要有主动 路机、轮胎式压路机，其比例为 4 ∶ 3 ∶ 1。如表 1 所
再生系统和被动再生系统，各系统又对应有不同的 示，实验按照比例选取了其中的 26 台工程机械作为 再生技术［20，21］。DPF 的匹配实质就是（ DPF 再生系 实验对象。26 台工程机械用柴油机的国内外品牌
第8 期
胡乃涛等： 柴油机用 DPF 技术及其再生系统的匹配与优化
3903
程机械用柴油机上使用 DPF 技术［11-16］。目前中国 生系统和产品型号的匹配。
的工程机械用柴油机的排放限值为 0. 4 g / （ kW · h） ，无需使用 DPF 就能达到排放要求，但是为了接
1
实验部分
近欧美标 准，中 国 必 然 会 在 工 程 机 械 上 采 用 降 低 1． 1 实验对象
摘 要 实验通过在 26 台工程机械上安装德国 CPK Automotive 公司的压力和温度数据采集系统并进行数据分析，完 成对工程机械用柴油机使用的 DPF 的再生系统的类型的匹配，并确定了最优匹配方案。实验结果显示，有 15 台工程机械 的数据误差在允许范围内，可以进行后续实验； 13 台工程机械排放的最高压力基本都在 10 kPa 左右，符合 DPF 再生系统的 再生要求，可作为再生始点； 匹配主要依照排放的最高温度和平均温度作为选择标准，每台工程机械可有 1 ～ 4 种匹配方 案； 通过工程机械的高比例工作温度范围、DPF 自身性质、燃油品质这些因素匹配一种最优方案，总共有 4 种方案匹配 13 台工程机械。
油消耗量占全国各行业总燃油消耗量的 10. 47% ，
业大学教育基金会“大北农教育基金”资 助 项 目 （ 1071-
伴随而来的是工程机械的严重的排放污染问
2413003） ； 中国和瑞士针对清洁空气和气候变化相关法
题［5，6］。工程机 械 的 主 要 动 力 源 是 柴 油 机，随 着 非
律法规的合作项目（ CCLP） （ 7F-07623． 01） 收稿日期： 2014 － 12 － 18； 修订日期： 2015 － 01 － 25
Hu Naitao Zhang Xuemin Lin Chaoqun Yu Peng
（ College of Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）
Abstract Through installed pressure and temperature data acquisition system produced by Germany CPK Automotive Company on 26 sets of construction machineries，the test accomplished the matching between diesel engine used for construction machinery and diesel particulate filter （ DPF） regeneration system． Besides，the test ensured the optimal matching scheme of DPF regeneration system． The results show that there are 15 sets of construction machineries data error within the allowable range，which can be used for further test． The peak pressures of 13 sets of construction machineries emission are generally around 10 kPa，which corresponds with the requirements of the DPF regeneration system and can be used as the regeneration starting point． The matching between diesel engine used for construction machinery and DPF regeneration system regards the peak temperature and average temperature of emission as selection standard． Each machinery has 1 to 4 matching scheme． The test matches an optimal solution for each machinery according to high ratio working temperature ranges，DPF’s own characters，fuel qualities et al． There are total 4 schemes matching 13 sets of construction machineries．
涡轮增压 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是是 是 是 是 是 是 是 是
排量（ L） 8． 0 5． 9 5． 9 8． 0 4． 8 4． 8 4． 8 8． 0 15． 0 8． 0 8． 0 8． 0 8． 0 7． 2 7． 2 7． 2 10． 0 10． 0 10． 0 10． 0 7． 2 7． 2 9． 0 9． 0 9． 0 9． 0
统及再生技术与工程机械用柴油机的匹配。对于工 均占有一定的比例，国内品牌占了 57. 7% ，国外品
程机械用柴油机而言，由于其工作环境、自身性质等 牌占了 42. 3% 。这些工程机械的共同特点是工作
因素的影响，需要匹配与其特性相对应的 DPF 再生 环境都是大功率、大负荷的工况，PM 颗粒物排放量
系统和技术，这样才能达到处理 PM 的最佳效果。 大，污染严重，采取的涡轮增压技术并不能解决问
本实验以工程机械用柴油机作为研究对象，通 题，需要相应的 DPF 排放后处理技术减少颗粒物的
过 CPK Automotive 公司生产的测试设备对柴油机在 排放。
工作情况时排气管的压力和温度进行测量和分析， 1． 2 实验设备
表 1 26 台工程机械用柴油机相关参数 Table 1 Ｒelevant specifications of 26 sets of diesel engines used for construction machineries
类别 单钢轮压路机 单钢轮压路机 单钢轮压路机 单钢轮压路机 双钢轮压路机 双钢轮压路机 双钢轮压路机 轮胎式压路机
用是捕集柴油机排放尾气中的颗粒物 PM，效率极 准从 2014 年开始分阶段、分功率执行，PM 的排放限
高，可显著减少柴油机的 PM 排放量，DPF 排放后处 值均在 0. 025 g / kWh，为此欧美等国已经开始在工
理技术是目前最有效的 PM 处理技术［1-4］。工程机
械在中国各行业中占据着庞大的比重，2013 年其燃 基金项目： 中央高校基本科研业务费专项资金（ 2015GX003） ； 中国农
第9卷 第8期 2015 年8 月
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol ． 9 ，No ． 8 Aug . 2 0 1 5
柴油机用 DPF 技术及其再生系统的 匹配与优化
胡乃涛 张学敏* 林超群 余 鹏
（ 中国农业大学工学院，北京 100083）
250 × 500 （ 130 ～ 280） × 500 （ 130 ～ 280） × 500 （ 130 ～ 280） × 500
250 × 500 230 × 640（ 双排气管）
240 × 480 240 × 480 240 × 480 240 × 480 300 × 400 300 × 400 300 × 400 210 × 480 210 × 480 210 × 480 210 × 480 300 × 750 300 × 750 260 × 500 260 × 500 260 × 500 260 × 500
关键词 工程机械 柴油机 排放 DPF 再生系统
中图分类号 X701. 7 文献标识码 A 文章编号 1673-9108（ 2015） 08-3902-07
Matching and optimization of DPF technology and regeneration system used for diesel
功率（ kW） 136 108 108 128 98 98 98 132 448 118 147 118 147 182 182 182 115 115 115 115 153 153 162 162 162 162
消音器尺寸： × L（ mm） 250 × 500
（ 150 ～ 200） × 700 （ 150 ～ 200） × 700
铣刨机 平地机 平地机 平地机 平地机 摊铺机 摊铺机 摊铺机 推土机 推土机 推土机 推土机 挖掘机 挖掘机 装载机 装载机 装载机 装载机
柴油机型号 上柴 D6114ZG11B 康明斯 6BT5． 9-C 康明斯 6BT5． 9-C 上柴 D6114ZG2B 道依茨 BF4M1013C 道依茨 BF4M1013C 道依茨 BF4M1013C 上柴 D6114ZG6B 康明斯 QSX15-C600 上柴 D6114ZG1B 上柴 D6114ZG15B 上柴 D6114ZG1B 上柴 D6114ZG14B 沃尔沃 D7E GDE3 道依茨 TCD2013L062V 道依茨 TCD2013L062V 潍柴 WD10G156E16 潍柴 WD10G156E16 潍柴 WD10G156E16 潍柴 WD10G156E16 沃尔沃 D7E EAE2 沃尔沃 D7E EAE2 上柴 SC9D220G2 潍柴 WD615 /67G3-29K 上柴 SC9D220G2 潍柴 WD615 /67G3-28K