《Journal of the Energy Institute》：Study of exhaust manifold injection for active regeneration of DPFs in stationary engine applications
编辑推荐：
斯里尼瓦斯·帕达拉（Srinivas Padala）|德文德拉·辛格（Devendra Singh）|普拉纳布·达斯（Pranab Das）|拉胡尔·库马尔（Rahul Kumar）|拉金德拉·巴多拉（Rajendra Badola）|萨特帕尔·辛格（Sathpal Singh）
斯里尼瓦斯·帕达拉（Srinivas Padala）|德文德拉·辛格（Devendra Singh）|普拉纳布·达斯（Pranab Das）|拉胡尔·库马尔（Rahul Kumar）|拉金德拉·巴多拉（Rajendra Badola）|萨特帕尔·辛格（Sathpal Singh）|苏尼特·K·辛格（Sunit K. Singh）|普拉贾克塔·莫汉·拉姆特克（Prajakta Mohan Ramteke）|尼廷·拉布哈塞特瓦尔（Nitin Labhasetwar）
印度德里阿敦的CSIR-印度石油研究所（CSIR-Indian Institute of Petroleum, Dehradun, India）
摘要
对于配备机械喷射系统的柴油发电机（Diesel Generator, DG）组发动机中使用的柴油颗粒过滤器（Diesel Particulate Filter, DPF）来说，主动再生是一个挑战。在柴油氧化催化剂（Diesel Oxidation Catalyst, DOC）之前的排气气体中注入碳氢化合物（Hydrocarbons）可以提供一种有效的改造解决方案，这一点已在卡车发动机中得到验证。在卡车发动机中，满负荷运行时可以达到氧化DPF中烟尘所需的排气气体温度（Exhaust Gas Temperature, EGT），然而柴油发电机组发动机很少满负荷运行，大多在低至中等负荷下运行。本研究展示了在配备DOC和DPF的5 kVA柴油发电机组中，于中等负荷下进行主动再生的结果。首先，探讨了DOC和DPF对气体排放转化和颗粒过滤的影响。将DPF添加到已安装OEM DOC的柴油发电机组后，HC的最大转化效率从78%提高到了93%，CO的最大转化效率从97%提高到了99%，峰值不透明度从13.7%降低到了2.7%。在后续部分，展示了通过排气歧管喷射（Exhaust Manifold Injection, EMI）技术对DPF进行主动再生的结果。使用EMI技术，通过单独的柴油喷射器在DOC之前注入柴油燃料。EMI实验的结果表明，DOC通过部分氧化注入的柴油燃料有效提高了排气气体温度。随着发动机负荷的增加，DOC入口温度也随之升高，表明DOC内的催化燃烧成功进行。在任何负荷下，都存在一个使DOC出口温度最大化的最佳燃油量，超过这个量后，DOC出口温度开始下降。在50%的负荷下，通过排气歧管喷射，EGT从290°C升高到了406°C。当EMI系统在中等负荷下运行时，排气气体温度达到了485°C，这使得负载有烟尘的DPF成功再生。在EMI启动后的10分钟内，排气背压和燃油消耗恢复到了初始水平，表明再生过程成功。
章节摘录
引言
当前一代柴油发动机具有固有的优势，例如由于更高的压缩比和更好的低速扭矩而具有更好的燃油经济性。然而，柴油发动机的主要问题是颗粒物（Particulate Matter, PM）排放。除了车辆柴油发动机外，固定式柴油发电机组（Diesel Generator Sets, DG Sets）的柴油发动机也会产生有害的PM排放。此外，DG组主要作为备用电源单元在住宅区使用。
实验发动机和测量装置
实验是在一台5 kVA的柴油发电机组中进行的。发动机规格列在表2中，实验装置如图1所示。该发动机为自然吸气、风冷式，缸径为86毫米，行程为76毫米。使用由机械燃油泵驱动的喷射器为发动机供油。发动机通过调速器控制，以保持3000转/分钟的恒定速度。发动机与发电机相连以加载。
DOC和DPF的排放性能
图2显示了发动机出口的HC和CO排放量与发动机BMEP（BMEP: Brake Mean Effective Pressure）的关系。由于所选发动机是固定速度的自然吸气式发动机，排气流量保持不变，因此体积浓度（ppm）的趋势与重量排放（即克数）的趋势一致。随着发动机负荷的增加，HC排放量降低到1.8巴BMEP。超过1.8巴BMEP后，HC排放量没有显著变化。在柴油发动机中，HC排放量是...
结论
在装有DOC的发动机上安装了DPF，并研究了其CO和HC转化效率以及PM过滤效率。为了在50%负荷下对DPF进行主动再生，采用了排气歧管喷射（Exhaust Manifold Injection, EMI）技术，在DOC之前注入燃料以提高DPF入口处的温度。本文展示了并在讨论了排气歧管喷射对排气背压、颗粒物和排放转化效率的影响。
CRediT作者贡献声明
斯里尼瓦斯·帕达拉（Srinivas Padala）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、监督、项目管理、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念化。尼廷·拉布哈塞特瓦尔（Nitin Labhasetwar）：撰写 – 审稿与编辑、调查。拉金德拉·巴多拉（Rajendra Badola）：撰写 – 原稿、方法论、调查。拉胡尔·库马尔（Rahul Kumar）：撰写 – 原稿、方法论、调查。普拉纳布·达斯（Pranab Das）：撰写 – 原稿、正式分析。德文德拉·辛格（Devendra Singh）：撰写 –
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究在印度德里阿敦的CSIR-印度石油研究所进行。作者感谢CSIR-IIP和NEERI的主任提供的必要支持，感谢Wittison Kamei博士提供的发动机，以及Gurujothi先生在DPF清洁方面的协助。
