DPF再生

电控开发处周宽DPF再生技术DPF再生技术颗粒物过滤器对碳的过滤效率较高，可达到60％一90％在过滤中，颗粒物过在过滤器内会导致柴油机排气背压升高，当排气背压达到16—20kPa柴油机性能开始恶化，因此必须定期地除去颗粒，使过滤器恢复到原来的工作状态，即再生。过滤器再生的方法主要是微粒氧化，而微粒氧化的要素是高温、富氧和氧化时间。实际柴油机排气温度一般小于500℃，特别是一些在城市工况运行的公交车的排温甚至在300℃以下。捕集器再生的关键性问题是降低平衡点温度，该温度状态下微粒形成和氧化的速度相等，此时背压较恒定，系统处于平衡状态。平衡点温度与流速、微粒成分、NOx含量、含硫浓度、碳烟形成以及发动机、燃料的参数有关。Page2DPF再生方式主动再生被动再生Page3主动再生燃烧器喷油加热再生电加热再生微波加热再生红外加热再生Page4燃烧加热再生燃烧器加热再生即在过滤器的入口处设置燃烧器，喷入柴油和二次空气，燃烧后引燃微粒进行再生的方法。采用这种方法要求提供额外的燃油，并且，要求恒定燃烧器的温度。因此，需要一套调节燃料和二次空气供给量的自动调节控制系统。这种燃烧器对司机驾驶有一定要求，要求再生时，不能急加速等。如果再生急加速就会使气流扑灭再生的火焰，使燃油未完全燃烧，造成车辆冒白烟的现象。Page5电加热再生系统电加热再生即采用通电加热方法对颗粒物捕集器加热，以促使微粒起燃。虽然产品在使用不会有什么冒烟现象，但是电加热对控制系统的要求比较高。并在车用过程中需要解决耗电量高的问题，中小功率柴油机不易满足电能要求。此外，加热的不均匀性造成过滤体再生不均匀，过滤体易局部过热而损坏。广州新力金属公司的颗粒物捕集器产品设有两个过滤器，成并联结构。一个过滤器处在过滤状态时，另一个过滤器则处在再生状态或等待状态，两个过滤器交替轮换工作。Page6微波加热再生系统微波加热是利用微波能独有的选择加热及体积加热特性，在过滤体内部形成空间分布的热源，对沉积在过滤体上的碳烟颗粒进行加热，使碳烟颗粒原位加热着火燃烧。实现过滤体再生微波加热是指在300MHz～300GHz频率范围内对物体进行加热。其不同于一般的加热方式，是材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热。其能量通过空间或媒质以电磁波形式传递，加热过程与物质内部分子的极化密切相关。微波场中的加热也主要是靠偶极子转向极化(取向极化)和界面极化(也称为Maxwellwapner极化)这两种极化方式实现。微波加热再生的关键技术在于如何在谐振腔内激励尽可能多的模式及其控制腔内碳烟颗粒的燃烧温度，防止过滤体因温度过高而损坏。Page7红外辐射加热再生系统红外辐射加热方式与其他加热方式(热风导热和微波辐射加热等)相比较，具有选择性加热的特点，能直接加热受热体，缩短受热体加热到所需温度的时间，减少能量消耗；红外再生技术的再生效率高；最高再生温度适宜，过滤体温度梯度小，十分适合蜂窝陶瓷的再生。红外辐射加热的这些优点跟其加热机理有密切的关系刊，从红外辐射加热的机理上来讲，当辐射源的辐射波长与被辐射物的吸收波长相一致时，后者就吸收大量红外能从而改变和加剧其分子的运动，达到发热升温加热的作用。大连理工大学采用红外再生技术、壁流式陶瓷及电子动态反馈控制相结合，开发出具有自主知识产权的红外再生柴油机颗粒捕集系统，颗粒排放净化率大于95％，具有过滤效率高、再生过程可控、使用寿命长且成本低，没有二次污染的特点。最为重要的是该系统解决了我国高含硫燃油问题，在油品质量不高的发展’中国家具有重大的推广价值。Page8被动再生燃料添加剂催化再生过滤器系统CRT系统CCRT系统Page9燃料添加剂催化再生过滤器系统燃料添加剂催化再生过滤器系统燃料添加剂是一种溶于燃料的催化剂。在发动机中燃烧后进入排气，和微粒一起由过滤器捕集。这使得微粒和催化活性成分密切接触，相当于在微粒中加入催化剂，来降低微粒的再生温度。缺点是催化剂随着机动车辆排气进入大气中会危害人类健康。Page10CRT系统CRT(连续再生过滤器)是由氧化器(DOC)和微粒捕集器(不带催化涂层的DPF)组成。当柴油机排气通过氧化催化转化器时，温度在200～600℃条件下，CO和HC首先几乎全部被氧化成C02和H20，NO被转化成N02。然后N02氧化微粒捕集器中的微粒生成C02，而N02又被还原为NO，从而达到再生微粒的目的。应该注意该系统只能应用在低硫柴油机上，因为氧化催化剂可以使硫氧化而增加了微粒的数量。同时被动再生需要合适的排气温度，温度太高太低都不行，温度太低，N02氧化C的速度太慢；温度太高，N02分解加速，不能形成足够的N02。CRT的再生温度范围为240℃～450℃，再生对排气中NOx／PM比例要求是要大于20：1。Page11CCRT系统CCRT系统也由氧化器(DOC)和微粒捕集器(DPF)组成，但是CCRT的微粒捕集器载体(DPF)上涂有催化剂，这样在氧化器的产生的NO在微粒捕集器继续可以产生N02来氧化颗粒物，使得该系统可以更完全的去除过滤网的颗粒物。CCRT系统的优点就是它对再生的条件更加宽松，较低的排气温度和排气中较低的NOx／PM比就可以使系统再生。Page12DPF再生的要求再生方式排温要求油品要求主动再生无无带添加剂催化再生300℃～400℃加添加剂CRT240℃～350℃低硫CCRT180℃～300℃低硫Page13电控系统控制的再生方式根据查询的资料，燃烧器喷油加热再生和电加热再生比较容易在电控系统上实现。电加热对电瓶的损害较大，并且不易在中小型车上实现，因此主要了解燃烧器喷油加热再生方式Page14燃烧器喷油加热再生通过资料查询，整理出两套加热再生方案DOC辅助DPF再生喷油助燃再生Page15DOC辅助DPF再生系统系统再生特性分析DOC辅助DPF再生方法Page16系统特性分析设备及再生系统介绍冷却水温对柴油机排放的影响喷油特性分析DOC特性分析DPF特性分析Page17设备及再生系统介绍整个系统由喷油系统、控制系统、DOC(氧化型催化转化器)、DPF(柴油机颗粒物捕集器)、排气背压传感器、排气温度传感器组成。喷油系统包括：喷油器、滤芯、油泵、油箱、进油管和回油管。控制系统将各个部分连成一个有机整体。为使整个系统能较好的匹配工作，确定系统各个组成部分的关键技术指标。下图为再生系统结构示意图：Page18Page19Page20当DPF需要再生时，控制系统根据预设定的排气背压判断DPF的再生时机。当排气背压达到预设定的再生压力时，控制系统检测DOC前的排气温度，当排气温度也达到预设定的再生温度时，喷油系统中的油泵工作并产生循环压力，喷油器在DOC上游排气管中喷入柴油，喷入的柴油和发动机排气在一段直管道中充分混合雾化，通过DOC使柴油氧化并发出热量来提高发动机的排气温度，控制系统通过控制喷油器的喷油脉宽来调节喷油流量使排气温度达到PM(颗粒物)的着火点，点燃DPF中的PM；控制系统检测DPF前的温度，当该温度达到PM的着火温度并维持一个预设定的时间时，喷油系统停止喷油，再生完成。冷却水温对柴油机排放的影响资料上通过多组试验做出了水温对排放影响的数据Page21Page22Page23根据上图得出的水温对排放的影响柴油机冷却水温升高有利于缸内喷油雾化和混合气的形成，使燃烧更充分，因此可以减少CO和HC的排放；混合气燃烧的充分必然使缸内温度升高，从而导致NOx排放升高。图2．15～图2．20分别为怠速和小负荷工况时CO、HC、NOx随水温的变化曲线。怠速工况时，水温从35℃上升到90℃，CO和HC排放分别降低了85％和52％。小负荷工况时，水温从50℃上升到90℃，CO和HC排放分别降低了52％和37％。水温的变化对NOx排放的影响较小。在柴油机正常的工作水温70℃到90℃之间，怠速时CO和HC排放分别降低了40％和16％，NOx上升了5％；小负荷工况时CO和HC排放分别降低了41％和30％，NOx上升了6％。Page24Page25水温对颗粒物排放的影响Page26图2．21为颗粒物排放随水温的变化曲线，水温的升高可以降低颗粒物排放，85℃点的颗粒物排放量比70℃点的颗粒物排放降低了15％。喷油器特性分析喷油器的喷油频率选择10Hz，油泵可以产生最大喷油压力为650kPa，DPF需要再生时油泵产生500kPa压力。控制系统通过调节喷油器的喷油脉宽来控制喷油流量。研究喷油能量利用率、再生方法的经济性以及再生时尾气温度的控制，都需要知道准确的喷油流量。在喷油频率和喷油压力固定不变的情况下，喷油流量随喷油器的喷油脉宽变化而变化。图2．30为喷油流量随喷油器的喷油脉宽变化曲线。由图可知喷油流量基本和喷油器的喷油脉宽成正比。Page27Page28DOC特性分析特性分析柴油机尾气后处理系统中使用的DOC与汽油机的氧化催化转化器相仿，活性成分主要为贵金属Pt。采用DOC可以直接催化氧化柴油机尾气中的颗粒物。尽管在多数工况下柴油机排气温度较低，但DOC可以转化SOF（可溶性有机物）中的大部分碳氢化合物，得到颗粒物排放降低的效果；同时DOC也可以催化氧化柴油机尾气中的HC和CO。Page29Page30DOC起燃温度分析DOC的起燃温度决定着再生方法的再生窗口。再生时，只有发动机尾气温度超过起燃温度，喷油器才可以喷油。在DOC前喷入柴油，则DOC后尾气中HC的排放浓度可以显示出DOC的起燃温度，排气温度处于起燃温度之下时，尾气中的HC排放必然很高。图2．36为等空速、等喷油流量、不同排气温度时测得的HC排放，尾气温度低于280℃时，HC排放较高，尾气温度高于280℃时，HC排放基本稳定，因此可以认为DOC对柴油的起燃温度在280℃左右。Page31DPF特性分析本文试验用DPF为壁流式颗粒物捕集器，其具有捕集效率高、热膨胀系数低、机械强度高的优点。滤芯横截面上均匀分布着很多小孔，小孔在滤芯的轴向为直的通道，小孔间隔堵死，在轴向体现为所有的通道都是一头敞开另一头堵死。下图b为发动机尾气在滤芯中的流向图，尾气从未被堵死的小孔进入滤芯，因通道另一段被堵死，气流透过通道的薄壁进入相邻的通道流出滤芯，在此过程中，发动机尾气中的颗粒物被过滤在孔壁上。Page32Page33壁流式捕集器对颗粒物的捕集主要包括深床捕集阶段和颗粒物饼层捕集阶段。新鲜的捕集器或刚完成再生的捕集器主要靠壁面及壁内的微孔对尾气中的颗粒物进行捕集，随着捕集器壁内颗粒物的逐渐增多，深床捕集达到极限，部分颗粒物粘在壁面上并不断累积，逐渐形成致密的饼层，饼层捕集阶段即依靠颗粒物饼层对颗粒物进行捕集。试验表明，滤饼捕集比深床捕集效果更好。DOC辅助DPF再生方法DOC辅助DPF再生方法的操作步骤如下：控制系统根据预设定的排气背压判断DPF的再生时机。当发动机的排气背压达到预设定压力时，给出再生提示，驾驶者判断路况，输入再生命令，控制系统检测DOC前的排气温度，当排气温度达到DOC的起燃温度时，油泵产生500kPa的循环压力，喷油器在DOC上游喷入柴油，喷入的柴油和发动机排气在一段400mm长的直管道中充分混合雾化，通过DOC使柴油氧化并放出热量来提高发动机的排气温度，控制系统通过控制喷油器的喷油脉宽来调节喷油流量。使DOC后排气温度保持在预设定的温度T，点燃DPF中的PM。控制系统检测DPF前的温度，当该温度达到温度T并维持预设定的时间时，喷油系统停止喷油，再生完成。Page34满载状态的判断准确判断DPF是否满载是DPF再生的前提，DPF未捕集满就开始再生会提高其再生频率，降低再生方法的经济性，缩短DPF的使用寿命；DPF捕集的颗粒物过多则会使发动机排气背压过高，从而降低发动机的燃油经济性，缩短发动机的使用寿命，DPF捕集的颗粒物过多还会造成再生时DPF中温度过高，造成DPF损坏。由于颗粒质量不便于随时测量，因此一般不采用质量指标来考核DPF是否已经捕集满。DPF满载直接的表现就是排气被压升高，因此可以采用排气背压指标来判断DPF的捕集程度。下图是经过多