柴油机后喷排气HC催化燃烧对DOC氧化活性和CDPF低温再生的影响机制

Aiming at the key problem of HC catalytic combustion and the low temperature regeneration of catalyzed diesel particulate filter (CDPF) system in diesel engine exhausts，a novel project was present based upon in-cylinder post-injection of diesel engine combined with the diesel oxidation catalyst (DOC) and CDPF system. Through optimization matching of in-cylinder purification and after-treatment application from diesel engine，the relationship between post-injection emission components and the temperature rise characteristics of DOC was constructed to reveal the effect mechanism of the CDPF regeneration efficiency in the low temperature，and the fuel consumption and the effect on oil dilution by post-injected fuel was evaluated. Diesel post-injection fuel and DOC/CDPF catalysts were taken as the primary research objects，and the main study objects include three parts as follows：(1) Gradient design and performance evaluation of the structure and temperature rise characteristics of DOC；(2) Analysis of the low temperature oxidation mechanism of post-injection in cylinder with variable parameters；(3) Influence mechanism assessment of exhaust components on HC catalytic combustion and the low temperature regeneration of CDPF，and the matching of the CDPF regeneration efficiency. Quantitative analyses the effect of the post-injection exhaust emissions through precise control of diesel fuel injection. The influence of exhaust components under post-injection on HC catalytic combustion and temperature rise characteristics of DOC catalysts and low temperature regeneration of CDPF was explored. Mechanism of gas-solid chemical reaction in the surface of DOC/CDPF catalysts under different exhaust components was revealed，which was helpful for further providing theoretical basis for CDPF low temperature regeneration with diesel post-injection technology.

针对柴油机后喷排气HC组分催化燃烧和CDPF低温再生的关键问题，申请人提出了柴油机后喷排气HC组分催化燃烧对DOC氧化活性和CDPF低温再生的影响机制研究的新思路，通过机内和机外后处理技术的协同控制，构建后喷排气HC组分与DOC温升特性的构效关系，厘清低温环境下CDPF再生效率的影响机制，同时评价对燃油消耗以及机油稀释的影响。本项目拟以柴油机缸内燃油后喷和DOC/CDPF为研究对象，重点研究：（1）活性位梯度分布DOC催化剂设计及评价；（2）后喷燃油的低温氧化裂解机理研究；（3）后喷排气组分催化燃烧对CDPF再生的影响及评价，以及对CDPF再生效率的构效关系。从精确控制柴油机缸内后喷燃油参数入手，定量分析后喷排气HC组分催化燃烧对DOC温升特性和CDPF低温再生的影响规律，揭示不同后喷排气HC组分下DOC/CDPF催化剂表面发生的多相气固化学反应机制。

本项目对“柴油机后喷排气HC催化燃烧对DOC氧化活性和CDPF低温再生的影响机制” 进行了深入研究。围绕影响柴油机CDPF低温再生的关键问题，采用缸内后喷的控制方法，通过DOC对后喷HCs排气组分的氧化作用来提供用于实现CDPF低温再生所需的热量。首先，采用共沉淀法和浸渍法制备一系列DOC和CDPF催化剂，并利用XRD、XPS、EPR、H2-TPR、O2-TPD和In situ DRIFTs表征方法，进一步分析催化剂的物相结构、元素价态、氧空位、氧化还原能力和反应中间产物等。其次，基于模拟气试验平台，开展了在不同DOC氧化作用下甲烷、丙烷和丙烯等HC催化燃烧的影响研究，分析了甲烷在催化剂表面的氧化反应路径，以及DOC催化剂表面氧空位、碱性位点、活性物种及价态分布对甲烷氧化的影响机制，探究了在DOC作用下丙烷和丙烯催化燃烧的温升变化规律；开展了CPDF对碳烟脱除以及C3H6催化氧化影响的研究，分析了碳烟起燃温度的变化规律以及CDPF对碳烟燃烧活化能的影响机制，揭示了CDPF对碳烟氧化以及C3H6催化燃烧的构效关系。最后，通过台架实验，研究了不同后喷正时和后喷油量对柴油机燃烧和排放特性的影响规律，分析了不同后喷参数对柴油机排气HCs种类、组分和碳原子数分布的影响，重点探讨了不同后喷参数下HCs排气组分的演变机制以及碳原子数的分布规律。结果表明，随着后喷正时的延迟，烷烃质量占比先下降后上升，烯烃质量占比先上升后下降；从碳原子数分布角度来看，后喷环境下中高负荷时物种分布也较为均匀。从整体上看来，后喷正时80°CA ATDC条件下，轻质HC物种和烯烃物种质量占比大，利于后续DOC的升温和DPF再生过程组织和调控。通过本项目研究，定量分析了后喷排气HC组分催化燃烧对DOC温升特性和CDPF低温再生的影响规律，揭示了不同后喷排气HC组分下DOC/CDPF催化剂表面发生的多相气固化学反应机制，为利用柴油机后喷技术脱除NOx排放研究提供理论基础，为实现CDPF 主被动高效再生提供了理论依据。