DOC辅助DPF再生方法研究_张德满
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 ·
DOC与DPF结合在柴油机后处理上的应用研究
DOC与DPF结合在柴油机后处理上的应用研究通过对柴油发动机后处理器内的氧化催化器（DOC）与颗粒过滤器（DPF）的结构和工作原理的描述，分析研究了DOC与DPF相结合在柴油机的尾气处理上的优缺点，为DOC+DPF技术在柴油机尾气处理方面的应用提供了有效的支撑。
标签：柴油发动机；后处理器；DOC与DPF；尾气处理1 引言柴油机有着动力性好，又十分经济的优点，目前被大量大小型交通工具采用。
但最近几年来国家出台了越来越严格的尾气排放法规，柴油机的尾气处理成为各个车辆生产商面临的难题。
柴油机的尾气处理目前有两个控制方向：一方面是加强发动机内燃油的燃烧效率，降低尾气中的有害气体成分，目前社会上的改进方法有废气再循环（ECR）和控制燃烧位置（CSS）等技术；另一个方面就是提高尾气处理器的处理效果，尾气处理技术目前有选择性催化还原（SCR），氧化催化（DOC），颗粒捕捉器（DPF）等技术。
本文通过对DOC与DPF技术的大量研究和实验，发现DOC与DPF技术相结合，不仅可以很大程度上完成尾气中有害物质的清除，还可以解决单独使用DOC技术或DPF技术在安装和结构上的技术难题。
2 DOC与DPF的工作原理与特点分析2.1 DOC工作原理与特点分析柴油机的尾气处理中使用DOC的主要作用是催化氧化尾气中的有害物质。
DOC一般以金属或陶瓷作为催化剂的载体，涂层中主要活性成分是铂系、钯系等贵重金属与稀土金属。
当柴油机的尾气通过催化剂时，HC化合物和CO等在较低的温度下可以很快地与尾气中的氧气进行化学反应，生成无污染的H2O和CO2，达到净化尾气中HC、CO的目的。
DOC技术要取得良好的净化效果，需要解决几个技术难题。
一是柴油机的排气温度偏低，对催化剂要求较高，必须使催化剂在低温下仍然有很好的催化活性；二是柴油中的硫含量必须较低，因为硫会使催化剂中毒劣化；三是废气中的一些较大颗粒很难被催化氧化，会堵塞催化剂载体的孔道。
2.2 DPF的工作原理和特点分析DPF技术又称为柴油机颗粒过滤器（Diesel Particulate Filter）技术，是比较好的降低排气中的烟尘颗粒（PM）的方法，现在市面上的壁流式蜂窝陶瓷颗粒捕捉器对PM的过滤效率高达90%。
基于缸内后喷的拖拉机dpf再生加热探究
（ Engine Business Division，FAW Jiefang Automotive Co． ，Ltd． ，Wuxi 214026，China） Abstract： Based on DPF application in tractors，this paper proposed a strategy which can activate regeneration of DPF without adopting external regeneration measures，by means of“intake throttling control + DOC ignition support + multiple post-injection in the cylinder”． The paper studied the target temperature of DOC and DPF in heating stage，as well as staged regenerative heating model which was designed according to the control process． After the post-injection static temperature test and the complete regeneration test，it shows that the method can reach the DPF active regeneration suitable temperature within 450 second，and achieve complete active regeneration successfully． Key words： tractor diesel engine； DPF； active regeneration； multiple post injection in the cylinder； temperature control
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，具有多孔结构，在700℃以上能保持热稳定，比表面积大于1m2/g，主要结构包括蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。
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。
DOC辅助DPF再生的二次污染研究
DOC辅助DPF再生的二次污染研究张德满;马士虎;王晓东;汪正清;李伟;鲍晓峰;李凯【摘要】在氧化型催化转换器(DOC)前端的排气管中喷入柴油,通过提高柴油机尾气温度、燃烧并去除柴油机微粒捕集器(DPF)中的PM,实现了DPF再生.对整个再生过程中尾气成分进行分析和计算,发现碳氢化合物(HC)为主要二次污染物,且排放相对较大.通过试验方法,分别研究喷油流量和喷油时DOC前端排气温度对再生过程中HC排放的影响,并依此提出保温处理、分阶段喷油和低速再生等三项优化措施.优化后再生过程中HC排放降低了68％,且燃油经济性提高了21％.%Injecting diesel into exhaust pipe before the oxidation catalytic converter (DOC), the exhaust temperature increased, then the particulate matter (PM) could be burned and removed from diesel particulate filter (DPF), and so DPF regeneration realized. The gas composition of whole regeneration process was analyzed and calculated, and hydrocarbon (HC) was found to be the main secondary pollutant and the emission was relatively large. Through the test method, the influences of fuel injection quantity and exhaust temperature before DOC with injection on HC emission in regeneration process were studied respectively and three optimized methods comprised thermal insulation, phased injection and low-speed regeneration were propounded. After the optimization, the HC emission reduced by 68% and the fuel economy improved by 21%.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】4页(P39-42)【关键词】柴油机;微粒捕集器;再生;二次污染;碳氢化合物【作者】张德满;马士虎;王晓东;汪正清;李伟;鲍晓峰;李凯【作者单位】武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;中国环境科学研究院,北京 100012;中国环境科学研究院,北京 100012【正文语种】中文【中图分类】TK421.5柴油机尾气中的PM是其排放的主要污染物之一［1－2］，微粒捕集器（DPF）是目前用来降低柴油机PM排放最有效的后处理装置［3－4］。
采用缸内后喷和排气管喷油的DOC辅助DPF再生技术的研究
［ 摘要 ］ 为克服传统喷油助燃再 生方式存在 的火焰难 以形成 、 点火容 易丢失 和引起 二次污染 等 问题 ， 采 用 了 缸内后喷与排气管喷油相结合 的微 粒捕 集器 （ Ｄ Ｐ Ｆ ） 再 生 系统 。利用 台架试 验研究 了缸 内后 喷对发 动机 性能 的影 响。为满足氧化催化器 （ Ｄ Ｏ Ｃ） 工作温度需求 ， 在发 动机 排气温 度 ２ ５ ０～３ ５ ０ ％ 范 围内的工 况进行试 验 ， 得到不 同工 况下的最佳缸 内后喷 时刻 、 喷油量 和排气 管喷油量 ， 并绘制 了相应 的 ＭＡ Ｐ图。
月 Ｊ舌 Ｉ
爆燃 。为避免传统喷油助燃再生技术的缺陷， 本文 中设 计 了一 套缸 内后 喷与 排气 管喷 油 相结 合 的喷 油 助燃 再生 技 术 。该 技 术 利 用 发 动 机பைடு நூலகம்的 多 次 喷射 ， 在
发 动机 做功 行程 增 加 一 次 喷 油 ， 喷 入 柴 油 在 缸 内高 温 高压 环 境 下 燃 烧 ， 从而 提高发 动机的排气温 度。 当发动 机 排 气 温 度 达 到 Ｄ Ｏ Ｃ工 作 温 度 后 ， 在Ｄ Ｏ Ｃ
时， 会造成机油稀释 ， 甚至影响发动机使用寿命 。
英国 Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ Ｍａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｙ公 司 研 究 了 一 种 Ｄ Ｏ Ｃ＋
最大转矩／ （ Ｎ・ ｍ）
燃 烧 系 统 喷油 器 喷 射 压 力／ ＭＰ ａ
压 缩 比
２ ８ ０
直 接 喷 射 １ ６ Ｏ
Ｄ Ｏ Ｃ前 端 的排 气 管 中喷 入 少 量 柴 油 ， 通过 Ｄ Ｏ Ｃ 对
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。
小型非道路柴油机前置DOC对DPF被动再生影响的研究
0引言根据中华人民共和国生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报（2018）》中可以看出，2017年，我国非道路移动源排放颗粒物48.5万吨，其排放量接近于机动车，且绝大部分的非道路移动机械都是柴油机械[1]。
随着中国城市化进程的飞速发展，非道路柴油机还将在工程机械、农林业机械、发电机组等领域保持快速增长的势头，其带来的污染问题也越加受到重视。
我国于2014年10月1日实施非道路柴油机第三阶段的标准，对于小型非道路柴油机而言，国内绝大部分机型均可以通过电控燃油系统实现。
而随着非道路第四阶段的到来，瞬态工况、PM （颗粒质量）排放限值的大幅减小以及纳入考核的PN （颗粒数量）都将对整个非道路行业产生一定的影响，通过借鉴国外非道路以及国内车用发动机的实践经验，壁流式DPF 将会是非道路第四阶段必不可少的排放配置之一。
国内外已有许多学者对DPF 被动再生进行了不同方向的研究工作，但还没有针对非道路柴油机工作特点进行的具体研究。
本文通过非道路被动再生标准验证循环，研究了基于小型非道路柴油机上的前置DOC 对DPF 被动再生能力的影响。
1DPF 被动再生壁流式DPF 再生方式分为被动和主动两种，被动再生一般是指在过滤体表面涂覆催化剂或在燃油中添加催化剂以降低颗粒的氧化反应温度（前者使用更多），并通过氧化性气体对囤积于DPF 中的碳颗粒在较低的温度下（500℃以下）进行持续氧化“燃烧”。
而主动再生则是指通过外界提供能量在一定时间内增加排气或过滤体的温度，在较高的温度（500℃以上）下将碳颗粒燃烧掉。
在运行工况更加恶劣的非道路机械中，两种再生方式通常同时采用，持续进行的被动再生能有效减少主动再生的频率，极大地增加了DPF 的实际作业中的使用寿命。
2试验方案2.1试验样机试验选用一台排放技术先进的小型非道路柴油机，发动机参数配置如表1所示。
2.2试验模型及方案非道路机械分为恒速机和非恒速机，根据标准GB 20891-2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》[2]，分别测试NRSC （非道路柴油机稳态测试八工况循环）、热态NRTC （非道路柴油机瞬态测试循环）下的DPF 被动再生能力。
国四非道路柴油移动机械排放控制要求的解读及执行
国四非道路柴油移动机械排放控制要求的解读及执行摘要：2020年12月28日，生态环境部发布了GB 20891-2014的修改单和HJ 1014-200标准，自发布之日起，即可依据标准中第四阶段技术要求进行信息公开，同时自2022年12月1日起，所有生产、进口和销售的 560 kW 以下（含560 kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应执行这些法规。
北京市发布《关于北京市提前实施国家非道路移动机械第四阶段排放标准的通告》，通告中明确自2021年12月1日起，北京市开始实施非道路国四法规。
污染物的排放管控的对象从非道路移动机械装用的发动机，转变成为了非道路柴油移动机械。
关键词：国四，非道路柴油移动机械，排放，远程监测1引言近年来，随着国内城市建设速度加快，非道路移动机械总量激增，非道路移非道路移动机械是工程建设的重要设备，在城市建筑和路桥建设中应用十分广泛。
但由于非道路移动机械保有量大，排放控制技术水平较低，加之工况复杂，尾气排放较道路车辆高许多。
非道路移动机械的排气污染已成为污染大气环境、危害人类健康的主要来源之一。
国家加大管控力度，国四非道路移动机械更加注重源头控制，即基于终端产品的排放达标来进行污染控制管理，没有把发动机作为独立的达标来进行污染控制管理，没有把发动机作为独立的达标控制对象来考虑，这对我国移动源相关的排放标准提出了新要求，意味着我国原来参考欧美等国家或地区的移动源排放标准体系要进行适当调整。
1国四非道路柴油移动机械排放介绍为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，防治非道路柴油移动机械排气污染物对环境的污染，改善环境空气质量，生态环境部、法规于标准司组织制定了HJ 1014-200《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》，此标准规定了第四阶段非道路柴油移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求，同时是对GB 20891-2014《非道路移动用柴油排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》中第四阶段内容的补充。
DPF主动再生过程中缸内远后喷策略对柴油机排放及DOC升温特性的影响
DPF主动再生过程中缸内远后喷策略对柴油机排放及DOC升温特性的影响张鹏超;宋崇林;吴兆阳;吕刚【摘要】在一台高压共轨柴油机上,研究了用于颗粒捕集器(DPF)再生的缸内远后喷策略对发动机排放、油耗率及柴油机氧化型催化器(DOC)升温特性的影响.结果表明,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放浓度均随后喷油量的增加而升高,HC排放浓度随着后喷定时的延迟先升高后稳定,而CO排放浓度则先升高后降低;氮氧化物(NOx)和碳烟排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势,远后喷的引入使NOx排放降低了9.8％～24.0％,NOx排放浓度随后喷油量的增加而降低,而碳烟排放浓度在后喷定时小于70°时随后喷油量的增加而降低,在70°后则相反;后喷油量为14、17 mg,而后喷定时在上止点后80°～140°范围的远后喷工况下,DOC 后排气温度均可达到DPF主动再生温度600℃;DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高,随后喷定时的延迟先升高后保持稳定,后喷定时在80°～140°范围内的DOC能量利用率保持在62.73％～75.75％之间,且在上止点后100°时刻达到最大能量利用率.研究结果为缸内远后喷DPF再生及其控制策略的发展提供了有价值的理论依据.【期刊名称】《内燃机工程》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】8页(P45-52)【关键词】柴油机;远后喷;排放;柴油机氧化催化器【作者】张鹏超;宋崇林;吴兆阳;吕刚【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TK4270 概述柴油机因具有较高的热效率、良好可靠性和耐久性而越来越受到青睐[1]。
基于FIRE的DOC+DPF微粒捕集连续再生特性仿真研究
图1DOC+DPF三维模型2结果与分析2.1DOC-DPF微粒再生机理在后处理模块DOC和DPF反应模型采用软件提供的模型，具体如下：DOC化学反应模型：DPF化学反应模型：在DPF中主要发生R4、R5、R6、R7化学反应，R4、反应温度为630℃以上，R6、R7反应温度为300℃左右，析发现试验柴油机DOC入口排气温度范围为150~500℃因此大多数工况下排气温度达不到R4、R5反应发生条件，DPF中主要发生R6、R7反应。
其中反应R6和R7氧化微粒需要的NO2主要来源于两部分：排气中原有的NO组分以及上游DOC中R3反应生成的NO2。
为研究DOC-DPF微粒再生过程，在该模型上进行了模拟计算，仿真参数如下：氧气体积分数11.8%、CO质量数5.91E-3、C3H6质量分数7.65E-3、NO质量分6.67E-5、NO2质量分数5.58E-5、排气流量0.05kg/s、排气温度456K、DOC载体初始温度700K、DPF载体初始温度700K、碳载量10g/L，仿真结果见图2。
图2中横坐标为时4.6E-045.15 4.57（a）（b）（c）（d）图2微粒氧化过程仿真结果图在温度为700K时NO转化率虽然不是最大，但在高温下部分碳颗粒与氧气发生氧化，使残余颗粒浓度降低。
在排气温度为800K时，部分颗粒物与氧气反应，残余颗粒浓度迅速下降。
碳颗粒数量减少后，氧化放热量减少，温度降低，再此条件下，颗粒物既与O2发生氧化反应，也与NO2发生氧化反应。
在排气温度为900K时，颗粒物与NO22.2.3排气质量流量本节分析排气质量流量对再生的影响，排气流量分别设为200kg/h、400kg/h、600kg/h、800kg/h，排气中各组分质量分数以1030rpm60%负荷参数为基础进行计算，进气温度570K、初始碳载量2g/L、排气中颗粒物质量分数为1.2E-6。
仿真计算结果见图5，排气质量流量从200kg/h增加到800kg/h，NO的转化率降低，因为质量流量增加，流速加快，NO在DOC内停留时间减少，氧化反应时间减少，造成NO的转化率降低。
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机械工程学报
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
Vol.46 No.24 Dec. 2 0 1 0
DOI：10.3901/JME.2010.24.107
DOC 辅助 DPF 再生方法研究*
张德满 1, 2 李舜酩 1 李 凯 2 鲍晓峰 2 王 猛 2
堇青石 143.7 152.46Βιβλιοθήκη — 3表 4 DPF 参数
名称
参数
载体材料 直径 DD/mm 高 HD/mm 孔密度 ρD/(cm–2)
堇青石 143.7 203.2 46.5
图 1、2 为喷油嘴、DOC 及 DPF 的布置图。DPF 满载时捕集量为 6 g/L，当 DPF 捕集满颗粒物需要 再生时，喷油嘴以 500 kPa 的压力在 DOC 上游喷入 柴油，喷入的柴油和发动机尾气在一段 400 mm 长 的直管道中充分混合雾化。发动机排气管及直管段 作保温处理，以保证尾气中的热量不会很快散失。 混合气进入 DOC 后，雾化好的柴油微粒在催化剂 的催化作用下，被氧气氧化并发出热量(再生时需保 证排气温度在催化剂的活化温度之上)，提高排气温 度，直到排气温度超过 DPF 中颗粒物的着火点，完 成再生。
图 2 喷油嘴及压力传感器布置图
月 2010 年 12 月
张德满等：DOC 辅助 DPF 再生方法研究
109
2 DOC 助燃特性
2.1 喷油时机及喷油量选择 将能够使 DOC 中催化剂活化的温度称为启燃
温度。柴油机的排气温度达到 DOC 的启燃温度后， 喷油器喷油速度决定 DOC 后排气温度所能达到的 最高值。为使 DPF 中的颗粒物燃烧，DOC 后温度 需要被提升到 600 ℃左右[8]，这要求喷油量足够多； 排气温度过高会损坏 DPF，一般要求排气温度低于 850 ℃。因此需要研究在不同模拟车速(转换成相应 的柴油机工况)、不同喷油量时，DOC 后柴油机排 气所能达到的温度，从而确定 DOC 辅助 DPF 再生 方法的再生窗口以及再生时所需要的喷油速度。
图 1 DOC 及 DPF 布置图
表 2 江铃全顺车参数
名称
参数
车重 m/kg 主减速比 εz 四挡减速比 ε4 五挡减速比 ε5 车轮半径 r/m 总传动效率 η
2 040 4.875
1 0.76 0.332 0.85
DOC 为美国巴斯夫公司产品，DPF 为美国康宁 公司产品，载体外形都为圆柱体，相关参数列于表 3 和表 4 中。
表 1 发动机参数
名称
参数
压缩比 ε 排量 V/L 最大转速 n/(r·min−1) 最大功率 Pmax /kW 最大转矩 T/(N·m)
17.5 2.7 3 600 85 220
表 3 DOC 参数
名称
参数
载体材料 直径 D/mm 高 H/mm 孔密度 ρ/(cm–2) 催化剂 Pt 涂载量 B/(g·L−1)
图 5 DOC 升温特性曲线
图 5 所示，整个升温过程为 170 s，开始喷入的 柴油未能完全燃烧，有部分粘在 DOC 载体上，排 气温度升高后才开始燃烧，使排气温度最高达到 660 ℃，之后缓慢降低，直到 615 ℃并保持稳定。
3 DPF 再生特性
图 3 低车速时排温随喷油量的变化曲线
图 4 高车速时排温随喷油量的变化曲线
0 前言*
柴油机因其较好的经济性和动力性，正被越来 越多的应用于交通运输领域，但是随着排放法规的 逐渐严格，柴油机颗粒物排放较大的问题日益突 出[1]，柴油机颗粒物捕集器(Diesel particulate filter， DPF)被认为是减少颗粒物排放最有效、技术相对最 成熟的装置[2]，而颗粒物捕集技术中的关键问题为
∗ 国家高技术研究发展计划资助项目(863 计划，2006AA060302) 。 201005 19 收到初稿，20100819 收到修改稿
捕集器再生问题[3-4]。 国内外研究较多的再生方法主要包括催化再
生、加热再生、发动机特殊工况再生和助燃再生等 几类[5]。王天友等[6]研究了催化再生技术，该技术 一般需要发动机使用柴油的硫的质量分数小于 0.005%，国内柴油的硫的质量分数较高，短期内不 能达到该技术的要求；杨德胜等[7]研究了加热再生 技术，该技术一般需要高功率的车载电源，同时面 临再生时加热不均等问题；MAYER 等[8]研究了发 动机特殊工况再生技术，该技术再生窗口小、对发 动机有损害并且难以彻底再生；ARGUN 等[9-10]研究
关键词：颗粒物捕集器 氧化型催化转化器 再生 柴油机 中图分类号：TK421.52
Study on DOC Auxiliary DPF Regeneration Method
ZHANG Deman1, 2 LI Shunming1 LI Kai2 BAO Xiaofeng2 WANG Meng2
(1. College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016; 2. Chinese Research Academy of Environment Sciences, Beijing 100012)
再生时尾气的最终温度为基础温度与喷油提 温之和。由图 3、4 可知，发动机基础排气温度随车
(1. 南京航空航天大学能源与动力学院 南京 210016； 2. 中国环境科学研究院 北京 100012)
秦宏宇 2
摘要：在氧化型催化转化器上游排气管中喷入柴油，使其与发动机尾气混合，通过催化转化器使柴油氧化并发出热量来提高
发动机的尾气温度，从而实现颗粒物捕集器的再生。整个系统由喷油器、氧化型催化转化器及颗粒物捕集器组成。在发动机 台架上对该系统的再生特性进行研究，包括不同模拟车速及不同喷油量时氧化型催化转化器后尾气所能达到的温度；再生时 催化转化器后尾气的温升特性；再生时捕集器的背压特性；再生方法的经济性及二次污染分析。结果表明：模拟车速大于 60 km/h 便可以进行喷油再生；整个再生时间为 330 s；再生方法的经济性较好，二次污染物主要为 HC 和 CO。
速的提高而升高，车速每提高 10 km/h 排气温度升 高约 40 ℃；随着车速的提高，发动机的排气流速 也相应变大，因此同样的喷油量对尾气温度提高幅 度随车速升高而下降。 2.2 升温特性
开始再生时，由于发动机基础排气温度较低， DOC 中催化剂的活性不高、喷入的柴油雾化效果不 好、有部分柴油微粒沾附在催化剂上，导致催化剂 的催化效率较低，如果喷油初期喷油速度过高则会 造成大量碳氢化合物及一氧化碳排放，因此在正式 喷油前需要设置一段预喷射。模拟江铃全顺车 70 km/h 工况，开始再生时，先选择 9 g/min 的喷油速 度进行预喷射，使排温由 270 ℃上升到 410 ℃，然 后喷油速度改为 45 g/min。整个喷油过程中 DOC 后 尾气温度如图 5 所示。
QIN Hongyu2
Abstract：Diesel oil is injected into upriver vent-pipe of diesel oxidation catalyst (DOC) and mixed with the engine exhaust. The diesel oil is oxidized through the catalytic converter and gives out heat to improve the engine exhaust temperature, thus realizing the regeneration of diesel particulate filter(DPF). The whole system consists of fuel injector, oxidation catalytic converter and particulate filter. The regeneration characteristics of this system are researched on the engine bench, including the attainable temperature of exhaust after oxidation catalytic converter at different simulation vehicle speeds and different injection quantities; the temperature rise characteristics after catalytic converter during regeneration; the back pressure characteristics of particulate filter in regeneration process; and the analysis on the economy and secondary pollution of the regeneration method. The results show that when simulation speed is greater than 60 km/h, injection and regeneration can be carried out. The whole regeneration time is 330 s, the economy of the regeneration method is good, and the secondary pollutants are mainly HC and CO. Key words：Diesel particulate filter Diesel oxidation catalyst Regeneration Diesel engine