催化型微粒捕集器NO2高效利用及鈰基復(fù)合再生機(jī)理研究.pdf

1、隨著我國(guó)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(yán)峻，柴油機(jī)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(gè)主要課題。微粒捕集器是一種公認(rèn)的最為有效的控制柴油機(jī)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(shì)明顯。傳統(tǒng)的微粒捕集器熱再生過程需要外熱源和復(fù)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(shí)，還對(duì)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(duì)其性能影響很大，在我國(guó)實(shí)施新的燃油標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(qiáng)氧化劑NO2進(jìn)行再生，而柴油機(jī)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(jī)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(yīng)的反應(yīng)活性是催化型微粒捕

3、集器亟待解決的問題。本文以國(guó)家自然科學(xué)基金“車用柴油機(jī)微粒捕集多孔介質(zhì)的微波及鈰-錳添加劑復(fù)合再生機(jī)理研究”(50876027)“微粒捕集器過濾體復(fù)合再生與多場(chǎng)協(xié)同機(jī)理及其優(yōu)化研究”(51176045)等項(xiàng)目為課題來源，對(duì)催化型微粒捕集器NO2高效利用和鈰基輔助復(fù)合再生的過程與機(jī)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(dòng)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(dǎo)得到了DPF的流場(chǎng)模型，并基于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論建立了DPF再生過程的化學(xué)動(dòng)力學(xué)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(duì)NO2氧化再生性能的影響，并對(duì)各影響因素的權(quán)重進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，提出了從NO2高效利用和復(fù)合再生兩個(gè)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(dǎo)得到了

5、DOC的流場(chǎng)模型和化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，通過數(shù)值研究，對(duì)影響DOC提高NO2濃度的因素進(jìn)行了分析，DOC對(duì)NO轉(zhuǎn)化的最佳溫度窗口為300～400℃，不同轉(zhuǎn)速下，中等負(fù)荷工況時(shí)排氣中NO的轉(zhuǎn)化效率最高，而高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況下NO的轉(zhuǎn)化效率迅速降低。
　　(3)對(duì)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(qiáng)化NO2利用效率，實(shí)現(xiàn)了中大負(fù)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(jī)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(gè)階段，采用新的再生機(jī)理建立了深床部分微粒的再生模型，并通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了新模型?？紤]了催化涂層對(duì)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(dú)計(jì)算，建立了新的壓降模型，計(jì)算結(jié)果顯示新模型深床捕集階段的壓降與試驗(yàn)值吻合得更好，濾餅捕集階段壓降與原模型趨勢(shì)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(shí)的微粒沉積質(zhì)量對(duì)比，研究各工況下催化涂

7、層對(duì)NO2利用效率的的影響。在低負(fù)荷工況下，NO2循環(huán)系數(shù)隨著再生進(jìn)行達(dá)到最大值后保持穩(wěn)定；在中等負(fù)荷工況下，NO2循環(huán)系數(shù)隨著再生進(jìn)行達(dá)到最大值后逐漸減??；大負(fù)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(yīng)建立了鈰基添加劑輔助催化復(fù)合再生模型，通過數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證研究鈰基添加劑對(duì)各工況下催化型微粒捕集器再生性能的影響，實(shí)現(xiàn)了中小負(fù)荷工況下催化型微粒捕集器的正常再生。通過試驗(yàn)研究了不同配比和添加量的鈰