利用等离子体化学复合系统还原柴油机微粒和氮氧化物J.O.Chae, J.W.Hwang, K.Y.Kim, J.Y.Jung, J.H.Han, H.J.Hwang仁荷大学 机械工科 燃烧工学实验室V.I. Demidiouk莫斯哥大学 化学系H.C.Son, J.K.Kim日进电器公司摘要这项研究介绍了柴油机微粒 (DPM), NOX和CO后处理过程中等离子体 /化学连续发生复合系统在客车 测量中，用 CVS-75 程序，利用测力计和测功义来测定催化剂温度、等离子体能量密度和排气特性经 实际试验，施加能量为 80W寸，除烟尘率为 70%除PM率为68%随着电极类型和温度不同， NOX还原率夜达到了 20%结果表明，大部分 DPM CO和30% NOX被消除因此，等离子体 /化学连续发生复合系 统是再生柴油机微粒的有前途的方法用语： 等离子体 /化学连续发生复合系统，柴油机微粒物质 (DPM)， CVS-75 测试程序绪论需要对环境增强认识，促使人们消除柴油机排气中 NO)和PM过去的喷射条件是以调整燃烧因素来得到了改善但，仅使用这种方式不能解决被提议的 2004EPA规则，应需某种后处理调整技术。
传统的催化剂，例如3-WAY崔化剂(TWC)在稀薄燃烧下效率不高与催化剂复合对 NOX选择性还原提供可能性的低温等离子体和PM,不需要添加剂而同时存在于富氧排气中等离子体放岀具有能量的电子，这些电子与后 来的气体分子发生碰撞而产生多种成份 -原子，自由基这些属于产生污染物质的化学反应本研究介绍了等离子体和催化剂复合连续再生系统再生原理基础于柴油机 PM易被NO2氧化在550度以上 ， 碳黑中的碳元素明显地被氧化 250度时 ， 此过程开始发生 这个系统包括两个部分 -位于下游的铂基氧化催化剂和上游的等离子体反应器以静电除尘器的方式累积在反应器内的 PM连续被NO2氧化PM再生所需的NO2是从柴油机排气中的 NO被氧化催化剂氧化而得到柴油机发动机的 NOX含有约95%NOW 5%NO2实验表明，催化剂系统使 NO2增至总NOX的50%经过等离子体反应器后的 NO2体积，随着催化剂和反应器的温度降低到约 20%-30%在PM氧化过程中，NO2被还原为NO或N2o再生速度随着温度和 NO2转化浓度增加而增加被等离子体反应器已氧化的 PM量，也随着反应器里的碳黑量的增加而增加PM再生研究背景柴油机排气后处理系统与再生方式、它对发动机的符合性相关。
但 ，发动机过滤器由于再生所引起的问题而发生故障， 它分为两种类型：1 ）再生微小，2 ）快速“不经控制”的再生微小的再生引起过滤装置中碳黑的增加 ，因而降压会增加结果会引起系统的完全堵塞这是在被动系统中经常发生的事情，也就是说，在排气温度充份高的情况下，系统的自动再生在低温排气下，捕 集器的长时间操作，例如结束怠速过程会堵塞过滤系统大量P聊始被点燃时，快速再生会发生这种再生称为“不经控制”或“失控”再生这与连续再生方式IDEAL相对被点燃的PM迅速燃烧，放岀大量热量，使过滤系统的温度上升，结果引起过滤材料的 损坏（融化，破裂，热烧结 ）不经控制的再生会是被动和主动两种过滤系统所引起的问题在被动系统 中，当捕集器与 PM形成过负荷时，不经控制的再生会发生，随后暴露在点燃累积 PIM勺高温点电热器或燃烧器使用于主动系统中的激发再生，而最大负荷被控制，这理论上不可能增加精确的 PM负荷和再生过程的控制对系统设计者来说是实际挑战实际操作中 ，很多主动过滤系统因 PM过量负荷系统的再生而受损坏Table.1 是再生柴油机过滤系统的类型过滤系统必须含有再生的意义尤其是自动再生Table 1 发动机过滤再生系统Rege nerati on MethodsPassiveActive1. 1) With fuel1) Withadditivefuel bur ner2. 2) Catalyzed traps2)3) Catalyst-trapElectricalComb in ati ons所有的柴油机过滤系统2种方法之一解在微粒氧化产生气体产物时利用热再生。
但，排气温度过低而不能形成捕集器的自动再生这种问题可能用下列决⑴ 降低发动机正常工作时 PM着火所达到的温度或 （2）升高沉积PM开始被氧化的温度点前者使用于被动捕集系统，后者使用于主动捕集系统在被动系统里 ，正常车辆操作过程中,PM燃烧温度低于自动再生这些能从把氧化剂引入系统而得到催化剂能被直接使用于捕集器的表面 ，或以燃料添加剂形式利用于柴油机催化捕集器一般使用铂基催化剂各种燃料添加剂活性成份包括 Fe, Ce,Cu,Pt或金属混合物不同性质的催化剂被使用于 CRT捕集器位于过滤器顺流方向的催化剂产生氧化 PM的N02第二个方法是靠升高捕集器内温度的主动激发再生所有的活性过滤系统使用电炉或燃料灯这些过滤器可分为全流和分流系统分流系统中，主流是在过滤器内转向，而仅少量排气被加热供再生热空气再生能变化部分流动系统在此，被少量预热气流再生的排气，部分地经过铂基过滤器分流和热空气再生系统需要更少的能量IN-USED 技术柴油机过滤器的再生是沉积在过滤器的 PM和被氧化的 PM之间的动力平衡来决定 PM氧化速率依赖于过滤器温度通常所发现的温度下， PM氧化速率是很小所以，为了便利于过滤器再生，可以上升排气温度，也可以使用催化剂。
催化剂可直接使用于过滤器，或以燃料添加剂形式来使用整体式壁流是最 普遍的柴油机过滤设计形式过滤器源于直通式催化剂载体，但它们通过两端轮流堵塞，因而迫使气体 通过作为过滤介质的多孔壁面整体式壁流是由特殊陶瓷制成，例如，茔青石各种不同大小的过滤器 已被开发制成并以标准产品来使用Fig.1表示DPF典型的整体壁流所有载有催化剂的发动机捕集器使用涂有催化剂的整体式壁流载体高温排气过程中，催化剂允许过滤器自动再生，而使 PM燃烧温度降低增加贵金属和贱金属形式的过滤催化剂已经被开发催化陶瓷捕集器显示出很好的过滤效率 ， 但与排气高压的下降有关3)(4)Joh nson Mattey 已经把控制柴油机微粒的 CRT系统商品化， 它利用了捕集器微粒的捕集器壁流被捕集的微粒被从氧化催化剂得到的 NO连续再生在正常操作下 CR碰使用无硫燃料(5)在被动的柴油机捕集器系统中 ，为了降低碳黑的燃烧温度、促进过滤器再生而使用燃料添加剂 ，亦称为可溶性燃料催化剂最普遍的添加剂包括 Fe, Ce, Cu, Pt许多实验研究向评价各种柴油机过滤器的方向进行例如 ，Nextel光纤使用添加剂Ce添加剂被利用于已商品化的、 Peugeot设计的柴油机trap 系统中。
6)-(11)柴油机捕集器的电再生需要配置开关 board. 通过电热器加热的随机再生对电力系统施加额外负载部分流动设计或热气再生更有能量效率 Danaldson研究了装在车上的、热空气再生捕集器系统这个系统已在美国城市2000多车辆公共汽车上试验过 Engelhard公司研究岀已商品化的、具有场外的electric 再生系统， 称STX为了促进过滤器再生，燃烧器向捕集器逆方向利用于增加排气温度燃料灯过滤器分为单点系统和全流系统全流系统可在汽车正常操作情况下再生 ，但为了保证热平衡再生，需要复杂的控制手段Deutz开发研究的DPFSi滤器是对电控全流燃料灯再生起重要作用的先进系 统13)低温等离子体技术对还原各种柴油机、汽车排气包括 NOx PMm CH起很大作用 等离子体研究焦点是氮氧化物的还原氧化反应在稀薄排气的等离子体放电中占优势 仅利用等离子体还原 NOX是无效的，等离子体-催化剂复合系统曾被提议研究过最初研究指出 ， 等离子体可能提高催化剂选择性和效率现在，等离子体排气处理技术还在研究阶段， 而它们是否对控制排放有选择性尚未知道 (14)-(19)本论文中，等离子体催化剂复合系统被利用于在轻型非直喷式柴油机发动机微粒的连续消除和再生。
铂DC电晕放电以静电力增加 PM堆50%的NO2,与等离子体反应器基氧化催化剂位于排放歧管的下游通过排气歧管的等离子体反应器的积程度此外，占少数的氧化反应发生经氧化催化剂连续产生的约占内堆积的碳微粒发生反应NO2产率决定于温度和NO浓度结果表明-在复合系统中，尤其在低温下,NO2产生比率逐渐增加， CO被还原实验装置柴油机发动机测试床固定的非直喷式柴油机发动机是用来研究使用催化剂和等离子体后排气性质发动机规格、测试条件如Table2, Fig 2所示D-13修正模式用来测等离子体反应器对烟尘的性质 Fig. 3表示实验装置由此得岀结果，测力实验显示等离子体 /催化剂连续再生复合系统是对柴油机微粒具有前途的方法Table 2 发动机规格Engine TypeWater-cooled,IDI DieselEngineBore stroke (mmmm)91.1 95Displaceme nt (cc)2476Compressi on ratio21No. of Cyli nder4Rated power(PS/rpm)output73/4200Maximum(kgm/rpm)torque14.9/2500Idle speed (rpm)750 _5023459 10 11 12 136 7 8ModeFig. 2 发动机测试条件6 2^—184o o o o)oo o o o55 0 5 0 52 2 11]m .nRLaaE13ifra'12 r110101. Test engine2. Dyn amometer3. Fuel tank4. Isothermal bath5. Isothermal con troller6. Surge tank7. Air filter8. Air flow meter9. Heater10. Oscilloscope11. Smoke meter12. Thermometer13. Dyn amoc on troller14. Gas an alyzer15. Plasma reactor16. Orifice17. Thermocouple18. Fuel meter19. Cooling water20. MufflerFig. 3 实验装置图考查碳黑的堆积，根据发动机的实验条件，采取了 13个不同的负荷/速度点。
为了得到比较可信的实验结果，发动机工作时间为 3小时不同模式下测烟尘；与等离子体电极形态不同相一致，测定 NOx排出状况整个实验过程中随时监控等离子体反应器背压、催化剂和等离子体反应器内部温度 NOx浓度的测定是，使用 Teledyne Analytical Instruments 生产的911模型分析仪器利用 GASTEC羊品来测定NO NO2 CO,甲醛，SO2气体；用 Bosch smoke meter 来测烟尘浓度底盘测功机测试系统-底盘测功机测试系统是根据使用于KO。