基于INTP的DPF低温再生及残留灰分影响的机理研究

The research of this project is focused on the key scientific problem of DPF (Diesel Particulate Filter) low temperature regeneration based on INTP (Inject Non-thermal Plasma). The research work of could be divided into five major sections. Firstly, it is to build a test system of DPF regeneration by INTP which is the test basis of overall project. The second section includes two main jobs: to analyze the particle size and mass distribution characteristics of in different operation conditions of diesel engine and then to study the distribution regularity of PM deposited in DPF. The objective of the third section is to explore the mechanism of DPF regeneration by INTP under offline condition of the temperature below 200 ℃ and under online condition of diesel engine normal exhaust temperature. The fourth part of the research focuses on the theoretical analysis of the structure and distribution of cumulative residual ash in DPF after repeated regeneration and its influence mechanism on the trapping of PM and DPF regeneration. Finally， it is largely devoted to seek a reasonable control strategy of dynamic balancing of PM capture and decomposition during the injecting process of INTP and reveal the influence rule of residual ash content on PM capture and decomposition. The expected research achievement of the project is promising to provide some important theoretical basis for low temperature regeneration of DPF and controlling PM from diesel engine.

本项目拟围绕INTP低温再生柴油机DPF中的关键科学问题开展研究工作，构建INTP低温再生DPF的试验系统，分析柴油机不同运行工况的颗粒物粒径、质量分布特性，探寻颗粒物在DPF内部通道的分布和沉积规律；探究INTP低温（<200℃）离线再生和柴油机排气温度条件下在线再生DPF的机理；分析多次再生后DPF中累积残留灰分的结构及分布规律，研究累积残留灰分对颗粒物捕集和DPF再生的影响机制；构建INTP喷射过程中DPF内的颗粒物捕集与分解的动态平衡控制策略，揭示残留灰分对颗粒物捕集-分解过程的影响规律。本项目预期研究成果可为实现DPF的低温再生、降低柴油机颗粒物排放提供重要的理论基础。

柴油机颗粒物粒径分布、残留灰分结构及分布等因素对DPF的再生及其使用寿命有着重要影响。因此，研究INTP技术低温再生DPF的作用规律，揭示累积残留灰分结构及分布对颗粒物捕集及低温分解的影响机理。探索不同粒径颗粒物在DPF内部的沉积分布规律，研究INTP中激发态粒子（O(3P)、O3、N、N2(A3Σu+)、OH等）冲击不同粒径颗粒物的化学反应机制，分析NTP活性物质低温再生DPF过程中颗粒物C键的变迁机理，探究灰分结构及分布对再生后DPF的颗粒物捕集影响机制，揭示累积残留灰分对INTP低温离线和在线再生DPF的影响机理，可为高效再生DPF奠定理论和试验基础。.为此课题组通过构建INTP低温再生柴油机DPF后处理试验系统，分析了柴油机典型运行工况的PM粒径分布、质量浓度及数量浓度的分布特征，并对PM在DPF通道内部的分布及沉积特性进行了研究；开展了INTP技术低温离线再生DPF内部PM沉积物的研究工作，获取了INTP发生器的最优工作参数，并对DPF内部PM沉积物在离线再生过程中不同阶段的物质构成进行了理化特征分析，揭示了PM分解历程；开展了INTP技术在线再生DPF的研究工作，探究了柴油机排气余热环境中，INTP发生器产生的活性物质对DPF内沉积PM的实时分解效应；研究了在DPF反复再生过程中累计残留灰分结构及分布规律的变化规律，探明了灰分对DPF捕集效率及其对INTP再生DPF过程中的牵制及促进机制；利用INTP系统实现了DPF的低温（<200℃）高效离线再生和柴油机排气余热条件下的在线再生。研究结果对实现DPF的低温高效再生、保护环境具有重要的科学意义和实用价值。.在项目研究过程中，按照预定实验方案认真分析并解决了研究过程中的各项科学问题及关键技术，圆满完成了本项目的所有研究工作。对各阶段研究工作进行了及时总结，依托本项目资助，目前已发表学术论文20篇（其中，SCI收录12篇、EI收录6篇），参加各类重要学术会与16次，授权或公开发明专利14件，软件著作权4项，培养博士研究生2名、硕士研究生6名，鼓励并支持研究生参加了多项科研赛事，并取得了良好成绩。