DOC辅助DPF再生方法研究_张德满

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%。

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。

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］。

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。

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。