雾霾天气的频发和恶化将中国大气污染问题推向了社会广泛关注的最前端,而PM2.5 (当量直径≤2.5 μm的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。柴油机的PM排放问题突出,面对日趋严格的排放法规,柴油机技术革新面临日益严峻的挑战。柴油机颗粒捕集器(DPF)技术相对成熟,被认为是降低PM排放最有效的手段。DPF内部PM的累积会对气流产生阻碍,使得压力降增加,严重时会导致DPF堵塞,使发动机停止运行,因此必须适时地对DPF进行再生。传统的再生技术由于存在DPF热腐蚀、再生不完全及成本难以控制等问题,使用均受到限制。将NTP技术运用于DPF再生是近年来DPF再生领域的研究热点之一。本文在深入探讨NTP技术再生DPF化学反应机理的基础上,建立了 NTP喷射装置再生DPF的试验系统;分别以氧气和空气为气源,进行了不同试验初始温度下的DPF再生试验,并对两种气源进行了对比研究;基于PM自身性质的差异,结合PM粒径分析、热重分析及氧化特性分析技术,研究了 PM粒径及组分对DPF再生效果的影响;改变PM的加载时间,详细剖析了 PM加载量对DPF再生过程中内部温度及PM氧化分解的影响;在O2总量相同的条件下,探究了三种不同的气源控制策略对PM氧化分解及DPF再生效果的影响。本文主要的研究内容如下:(1)在NTP放电理论的基础上,探讨了 NTP再生DPF的化学反应模型,旨在深入研究NTP去除PM的化学反应机理,为NTP技术再生DPF的试验研究提供理论指导。(2)建立NTP再生DPF的试验系统,分别以氧气和空气为气源,对已捕集PM的DPF进行再生试验研究。通过监测PM的氧化分解产物CO和CO2的体积分数和DPF再生过程中内部温度的变化,研究了试验初始温度对PM氧化分解和DPF再生效果的影响,并对试验结果进行了验证。研究结果表明,NTP中的03和NO2具有强氧化性,当温度在17℃～300℃范围内,均能够氧化分解PM,生成CO和CO2,实现DPF的再生。DPF再生过程中,其内部各测点的温度和温度梯度峰值均小于DPF的使用限值,DPF再生完成后,内部结构仍保持完整。NTP技术在不加催化剂的条件下,便可实现DPF的低温再生,与传统的再生方法相比,体现出了此项技术在实际应用中所具有的显著优势。(3)进行了空气源和氧气源NTP再生DPF技术的对比研究,对NTP活性物质的生成和分解效应、DPF再生的最佳初始温度、PM分解量及DPF再生能耗进行了深入分析,并进一步完善了空气源NTP技术再生DPF的化学反应机理。研究结果表明,以DPF再生效率作为评价指标,DPF初始温度低于180℃时,使用氧气源;DPF初始温度高于180℃时,使用空气源。而氧气的成本较高,当注重经济性时,空气源更具优势。研究中,控制温度低于300℃,等离子体态O3和NO2均会发生分解,且随着温度的升高,分解率越来越高。等离子体态NO2与PM反应,还原产物为NO和N2,且不排除有N2O。NTP再生DPF技术能耗低于发动机功率的3 %,为该项技术的可行性提供了有利的试验依据。(4)对DPF进行了四个不同负荷工况下的PM捕集试验,并对PM进行了粒径测量试验和热重试验;选用氧气源NTP再生DPF技术的最佳工况,利用NTP再生DPF的试验系统,对DPF进行了再生试验。以PM的分解质量作为DPF再生效果的评价指标,基于PM的粒径特性和氧化特性分析,揭示了PM自身性质差异对PM氧化分解和DPF再生的影响。研究结果表明,PM分布随负荷的增大先整体向聚集态移动,后又从聚集态转向核态。PM中水分和SOF的含量随着负荷的增大逐渐降低,DS的含量随着负荷的增大逐渐升高。SOF的表观活化能远低于DS,更易被氧化;SOF含量越高,对DS的氧化协同效应越强,DS表现出的表观活化能越低。PM的粒径分布和组分含量的不同造成了 NTP活性气体与PM反应剧烈程度的差异,PM的颗粒总数越多,SOF含量越高,越有利于PM的分解。综合作用下,50 %负荷工况时的PM分解量最多,DPF的再生效果最好。(5)分别对3个DPF进行了不同时长的PM采样试验,采样时间分别为120 min、240 min和360 min。以氧气为气源,选用最佳试验初始温度80℃,利用NTP喷射系统再生DPF的试验装置,控制再生条件相同,对三个不同PM加载量的DPF进行再生试验。在探讨DPF再生过程中内部温度变化规律的基础上,分析了 PM加载量和DPF内部温度对DPF不同再生阶段的协同影响作用。研究结果表明,DPF各测点温度均呈先上升后下降的趋势;升温速率从DPF上游到下游、从轴心到边壁呈递减趋势。测点温度从DPF上游到下游依次出现峰值且时间间隔明显。PM加载量越多,DPF内部各测点峰值温度越高。DPF再生初始阶段PM的去除效果主要由加载量决定;随着再生阶段的推进,PM的去除效果主要受温度的影响。高温有助于促进PM的氧化分解反应的进行,但温度过高,03的分解反应加剧,反而不利于PM的分解。PM的加载量过低和过高都不利于DPF的再生,合适的PM加载量可以提高NTP中活性物质的利用率。(6)在O2总量相同的条件下,设计了三种氧气流量控制方法:恒流量法(O2流量保持5 L/min不变),递增流量法(O2流量由3 L/min递增至7 L/min),递减流量法(O2流量由7 L/min递减至3 L/min)。通过NTP再生DPF试验,在探索03生成规律的基础上,对PM的分解产物CO、C02的影响因素进行了分析,并探究了气源控制策略对PM氧化分解和DPF再生的影响。研究结果表明,随着02流量的增大,O3质量浓度减小,O3质量流量增大,在相同的时间内进入DPF的O3质量增多,有利于PM的氧化分解。C1 (CO中的C)、C2 (CO2中的C)、C12 (CO和CO2中的C)的质量大小的变化趋势相同:递减流量法>递增流量法>恒流量法。采用递减流量法时PM被分解的质量最多,为3.1 g,故控制02流量随再生阶段由大到小变化时,可达到较佳的DPF再生效果。可见,优化气源控制策略,是提高NTP再生技术效率的有效途径。