柴油机催化型颗粒捕集器缸内后喷再生技术研究

柴油机氧化转化器(Diesel Oxidation Converter,DOC)和催化型颗粒捕集器(Catalytic Diesel Particular Filter,CDPF)可以有效处理柴油机排放的颗粒物,但如何优化工作效率,降低使用成本,提升能量、空间利用程度以及系统耐久性,成为亟待解决的问题。本文提出了“热管理+缸内后喷+催化再生”的CDPF主动再生方法,设计了再生过程控制策略,运用AVL FIRE软件研究了DOC、CDPF的工作温度、压降变化、转化效率及温度梯度等问题,并搭建发动机试验台架,对高怠速再生过程进行研究。研究结果表明:DOC入口温度从200℃至300℃,HC转化效率不断升高,到280℃时HC转化效率升至95.41%;CDPF的过滤体在再生开始和中止的过程中温度梯度较高,且随着碳载量的增加,温度梯度升高,为了提高燃油经济性和过滤体材料的耐久性,要将碳载量和再生时间间隔控制在一定范围内,本文将CDPF碳载量设置为3 g/L;通过进气节流等热管理方式及缸内后喷(Post Injection,PI)可以提升尾气排放温度至DOC工作温度,通过缸内次后喷(Late Post Injection,LPI)可以将CDPF的入口温度稳定控制在设定的再生温度;在高怠速再生试验中,随着再生时间、温度的增加,再生效率不断上升,在500℃、20 min条件下,颗粒物再生效率达到98%,载体内部温度较为稳定,峰值约为560℃,出口温度稳定在约480℃,满足应用要求;测量尾气在200~450℃范围内、不同位置的NO_x浓度,得出DOC和CDPF从300℃开始可以将部分NO转化成NO_2,NO_2的比例随着温度的升高不断上升,有利于CDPF和SCR中催化反应的进行。