催化型微粒捕集器NO2高效利用及鈰基復合再生機理研究.pdf

1、隨著我國柴油車保有量的日益提高以及汽車排放污染法規(guī)的日趨嚴峻，柴油機尾氣微粒排放控制已經(jīng)成為目前防治汽車排放污染物的一個主要課題。微粒捕集器是一種公認的最為有效的控制柴油機微粒排放的排氣后處理裝置，特別是在中小排量的柴油轎車和輕型商用車領(lǐng)域，微粒捕集器與其他后處理凈化裝置相比優(yōu)勢明顯。傳統(tǒng)的微粒捕集器熱再生過程需要外熱源和復雜的控制系統(tǒng)，增加了柴油車的油耗和成本，尤其是采用車載電源作為外熱源時，還對車載電池有較高要求。催化型微粒捕集器不

2、需要外熱源與控制系統(tǒng)，但柴油中的硫含量對其性能影響很大，在我國實施新的燃油標準后，柴油中的硫含量得到了控制，使用催化型微粒捕集器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的微粒捕集器對柴油車的節(jié)能與減排以具有重要意義。
　　催化型微粒捕集器由于沒有外熱源，再生過程中主要通過強氧化劑NO2進行再生，而柴油機排氣中的NO2濃度很低，并且是一種污染物。因此，在控制柴油機NOx排放的基礎(chǔ)上提高NO2的濃度和再生過程中的NO2利用效率以及提高再生反應的反應活性是催化型微粒捕

3、集器亟待解決的問題。本文以國家自然科學基金“車用柴油機微粒捕集多孔介質(zhì)的微波及鈰-錳添加劑復合再生機理研究”(50876027)“微粒捕集器過濾體復合再生與多場協(xié)同機理及其優(yōu)化研究”(51176045)等項目為課題來源，對催化型微粒捕集器NO2高效利用和鈰基輔助復合再生的過程與機理開展研究，以期得到一種再生溫度窗口寬，排氣背壓損失小，再生可靠的催化型微粒捕集器。論文的主要研究工作如下：
　　(1)基于質(zhì)量、動量和能量守恒定律，在D

4、PF的入口孔道、出口孔道、過濾壁和微粒層選取控制體，推導得到了DPF的流場模型，并基于化學反應動力學理論建立了DPF再生過程的化學動力學模型。通過耦合求解，得到了排氣流量、排氣溫度、排氣中NO2和O2濃度以及排氣中NO2微粒質(zhì)量比對NO2氧化再生性能的影響，并對各影響因素的權(quán)重進行了灰色關(guān)聯(lián)分析，提出了從NO2高效利用和復合再生兩個方面提高催化型微粒捕集器再生性能。
　　(2)采用DOC提高催化型微粒捕集器的NO2濃度，推導得到了

5、DOC的流場模型和化學動力學模型，通過數(shù)值研究，對影響DOC提高NO2濃度的因素進行了分析，DOC對NO轉(zhuǎn)化的最佳溫度窗口為300～400℃，不同轉(zhuǎn)速下，中等負荷工況時排氣中NO的轉(zhuǎn)化效率最高，而高轉(zhuǎn)速高負荷工況下NO的轉(zhuǎn)化效率迅速降低。
　　(3)對催化型微粒捕集器再生過程中NO2濃度不足的狀況，采用貴金屬催化涂層強化NO2利用效率，實現(xiàn)了中大負荷工況下催化型微粒捕集器的正常再生。通過分析微粒在催化型微粒捕集器中的捕集機理與沉積

6、過程，將微粒在催化涂層作用下的再生過程分成兩個階段，采用新的再生機理建立了深床部分微粒的再生模型，并通過臺架試驗驗證了新模型?？紤]了催化涂層對催化型微粒捕集器壓降特性的影響，將入口孔道壓降與出口孔道壓降單獨計算，建立了新的壓降模型，計算結(jié)果顯示新模型深床捕集階段的壓降與試驗值吻合得更好，濾餅捕集階段壓降與原模型趨勢相同。
　　(4)定義了催化型微粒捕集器的NO2循環(huán)系數(shù)，通過與未涂覆催化涂層時的微粒沉積質(zhì)量對比，研究各工況下催化涂

7、層對NO2利用效率的的影響。在低負荷工況下，NO2循環(huán)系數(shù)隨著再生進行達到最大值后保持穩(wěn)定；在中等負荷工況下，NO2循環(huán)系數(shù)隨著再生進行達到最大值后逐漸減??；大負荷工況下，NO2循環(huán)系數(shù)在再生過程中基本保持穩(wěn)定。
　　(5)基于宏觀反應建立了鈰基添加劑輔助催化復合再生模型，通過數(shù)值計算與試驗驗證研究鈰基添加劑對各工況下催化型微粒捕集器再生性能的影響，實現(xiàn)了中小負荷工況下催化型微粒捕集器的正常再生。通過試驗研究了不同配比和添加量的鈰