基于响应曲面法的DPF捕集性能多目标优化

以提高整体捕集性能为目的开展柴油机颗粒捕集器(DPF)结构参数多目标优化设计，利用GT-Power建立DPF捕集模型，通过发动机台架试验验证了仿真模型的可靠性。以最大压降和初始过滤效率为优化目标，以孔隙率、孔直径、壁厚、过滤体长度和直径5个结构参数为优化变量，基于Box-Behnken试验设计方法构建了DPF捕集性能二阶响应面模型，通过三维响应面图对结构参数显著性与交互作用进行仿真分析，采用满意度函数法进行多目标参数优化。结果表明，孔直径对最大压降的影响较小，较小的孔隙率与壁厚、较大的过滤体直径有利于降低DPF最大压降，而适当增大过滤体直径与壁厚可提升DPF初始捕集效率。协同优化后的DPF压降较优化前下降51.34%,优化后的DPF初始过滤效率趋近于100%。     

DPF孔道结构参数优化设计

以降低流动阻力为目的开展DPF孔道结构参数优化设计,运用GT-Power建立DPF仿真模型,研究非对称孔道边长比、孔密度和过滤壁厚对颗粒物捕集过程中DPF压降和捕集效率的影响,并以非对称孔道边长比、孔密度和过滤壁厚为设计参数,二次序列规划算法为优化算法,DPF捕集效率为约束,优化DPF孔道结构参数。结果表明:DPF采用进口孔道边长大于出口孔道边长的非对称孔道结构可以降低颗粒物饼层捕集过程中DPF的压降,但同时降低了DPF的捕集效率;采用提高孔密度的方法可以在一定范围内降低DPF的压降,同时提高DPF的捕集效率;降低DPF过滤壁厚可以有效降低DPF压降,但也会降低DPF的捕集效率。综合优化结果,DPF进出口孔道边长比值为1.024 8、孔密度为62孔/cm~2、过滤壁厚为0.333 mm时,DPF压降降低26%以上,饼层捕集效率保持98%以上。     

国六柴油机颗粒物捕集器在工程应用中的关键问题分析

通过分析国六排放法规,并结合对OEM(Original Equipment Manufacturer)市场国六后处理技术的开发以及我国的特殊地理环境,总结了国六柴油机颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)开发的重点、难点问题。综合来看,开发高目数、薄壁、非对称孔道结构及高强度的DPF载体是国六柴油机面临的关键问题。同时,DPF的高原捕集再生特性也是值得深入研究的核心问题。新一代国六DPF主要面临以下技术难题:(1)DPF压降与捕集效率的折衷关系,尤其是对颗粒物数量(Particle Numbers,PN)的捕集效率需要在99%以上。(2)DPF的捕集再生特性决定了其作为流-固-热多场耦合装置需要与控制策略协同优化,才能避免DPF爆燃现象的发生,提高载体可靠性和耐久性。(3)高原地区低压、低氧的特殊环境导致发动机原排PM/PN较高,同时颗粒物理化特性变化较大,且山路驾驶工况复杂多变,对DPF的高效捕集再生及可靠性要求提出了更大挑战。     

柴油机颗粒捕集器热再生的影响因素研究

利用GT-Power软件建立柴油机颗粒捕集器(DPF)的热再生模型,运用离线再生的方法进行DPF的热再生试验,用试验结果验证模型的准确性。结合模拟和试验的结果,分析了DPF结构和运行参数对热再生过程中壁面峰值温度、最大温度梯度、再生持续时间的影响。结果表明,再生时的壁面峰值温度和再生速率随壁厚、CPSI、过滤体长度的增加而降低,再生过程中的壁面峰值温度随再生加热温度和碳烟累积量的增加而增加,随入口流量的增加而减小,提高再生气体中的氧浓度有助于提高总体的再生速率和再生效率,但会增加再生时的壁面温度和温度梯度。     

车用柴油机微粒捕集器热再生的一维数值模拟

以壁流式蜂窝陶瓷微粒捕集器(DPF)为研究对象,建立了DPF一维热再生过程的数学模型。对陶瓷孔道内微粒(PM)的燃烧过程及其温度分布进行了模拟,结果表明,再生过程进行到一半时,DPF载体的温度达到最大值。设计时必须保证在此温度下DPF的载体壁面不会发生破裂,以免影响其正常工作。     

柴油机微粒捕集器中微粒物分布特性研究

为分析微粒在柴油机微粒捕集器中的分布特性,建立微粒捕集器内部过滤体微元通道模型,利用STAR-CCM+软件对简化后的模型进行仿真分析。得出微元通道内微粒物的浓度及压力场分布,根据进口和出口端面上的平均微粒物浓度可以求解过滤通道的捕集效率,根据进口和出口端面的平均压力可以求解微元通道的背压。并研究进出口孔穴形状及孔隙率对通道背压和捕集效率的影响。结果表明,正方形孔穴比正八边形孔穴的捕集效率和背压综合性能指标更佳;随着过滤层孔隙率的增加,捕集效率和背压均有所下降。     

CDPF再生性能的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了来流参数和灰沉积对催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律,并比较了DPF和CDPF在再生性能上的差异。结果表明:随着来流温度的增加,载体的最高温度和最大温度梯度先保持不变,后迅速增大,再生效率和效能比也逐渐增大;随着来流温度脉冲持续时间的增长,载体的最高温度基本保持不变,最大温度梯度略有增大,再生效率逐渐增大,但效能比却逐渐降低;随着灰沉积量的逐渐增大,载体的最高温度和最大温度梯度基本保持不变,再生效率和效能比却逐渐降低;在来流温度为475℃时,相较于DPF内碳黑基本不发生反应,CDPF内碳黑发生剧烈氧化,最高温度和最大温度梯度升高,再生效率和效能比也随之升高。     

温度对DPF过滤参数影响的试验研究

柴油机颗粒捕集器(DPF)过滤参数研究对其再生时机的判断具有重要意义。基于外加热源再生台架,研究了过滤参数(压降及其与常温数据的比值、渗透率及其与常温数据的比值)随过滤温度的变化规律,同时考虑了流量和孔隙结构参数变化时的影响。结果表明:过滤温度升高,DPF压降及其比值近似线性增长,渗透率及其比值近似线性减小;线性拟合了压降及其比值、渗透率及其比值随温度的变化曲线,比较发现流量和孔隙结构参数对DPF压降和渗透率都具有一定影响,但对比值的影响较小。     

变海拔下米勒循环对柴油机及DPF性能的影响

基于某高压共轨柴油机建立了一维热力学仿真模型,对DPF选型进行了优化,并分析了不同海拔下米勒循环对柴油机及DPF性能的影响。结果表明,选择非对称结构以及适当增加载体目数都有利于降低DPF压降,同时可降低DPF对柴油机动力性、经济性及原始排放的影响。进气门早关可以降低柴油机有效燃油消耗率,提高热效率,降低NOx排放,但会导致颗粒物排放增加;同时可降低DPF压降,提高DPF捕集效率,且随海拔升高,进气门早关的时刻越小,作用越明显。在低海拔条件下,进气门晚关策略对柴油机动力性、经济性及排放特性均影响不大;在高海拔条件下,适当增加进气门晚关时刻可以改善柴油机性能。     

柴油机颗粒物后处理技术综述

通过调研国内外文献,介绍了柴油机颗粒物污染现状、颗粒物后处理技术、壁流式颗粒捕集器(DPF)的工作原理、材料和结构类型、捕集器再生技术和控制策略等。堇青石陶瓷壁流式DPF具有成本和性能方面的优势,占据主要市场份额,再生技术是DPF应用的关键。与主动再生技术相比,被动再生具有结构简单、节约油耗等优势,可通过涂敷催化剂、前置DOC和辅助主动再生等方法确保再生效果。     

FBC对柴油机颗粒捕集器性能的影响

为了研究燃油添加型催化剂（FBC）对柴油机颗粒捕集器性能的影响，分别使用了不添加和添加FBC的燃油对两套柴油机颗粒捕集器（DPF）进行性能及耐久试验。结果表明：FBC不会影响DPF对颗粒物质量及数量的过滤效率；FBC可以有效协助碳烟燃烧，将DPF平衡点温度从350℃降低到325℃，提高DPF的被动再生能力；FBC可以降低DPF的主动再生温度，将DPF上碳烟的起燃温度由600℃降低到450℃以下，提高DPF再生速率及再生效率，从而提升DPF的主动再生性能；FBC可延长DPF的再生周期，提高DOC+DPF系统的耐久性。     

基于Boost的柴油机微粒捕集器(DPF)性能分析

柴油机微粒排放控制技术已成为柴油机技术发展中的核心之一。文中探讨了微粒捕集器的捕集机理、过滤体材料特性以及再生技术。并利用AVL Boost软件建立模型,仿真分析了发动机的排气温度和柴油机微粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)的过滤孔密度对DPF的最高温度、排气背压和排气碳烟量的影响,提出了柴油机微粒捕集器设计优化的方法。     

车用柴油机微粒捕集器碳载量分布及影响因素研究

微粒捕集器(DPF)技术是满足未来车用柴油机严格排放法规的重要措施。文章首先介绍了DPF净化机理及其常用的过滤体材料,然后阐述了DPF压降和碳载量计算的数学模型,最后结合以往文献试验数据对模型参数修正,并对DPF碳烟捕集过程与影响因素进行了分析。为研究DPF的性能与管理提供有效的理论依据。     

DPF对柴油机性能影响的仿真研究

利用GT-Power软件,分别建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)和D19柴油机的仿真模型,并把二者进行耦合,研究了DPF对D19柴油机的功率、扭矩、缸压及燃油消耗率等方面的影响。研究结果表明,加装DPF会使发动机排气背压升高,输出功率与扭矩下降,缸内最高燃烧压力降低,燃油消耗率上升,且随着载体内颗粒物数量的增加,这种趋势更为明显;当DPF内炭烟加载量接近满载达到10 g/L时,D19发动机的功率、扭矩已有明显的下降趋势,在高转速下最高降幅达4%左右,燃油消耗率增幅为3%左右。     

DPF降怠速再生温度场及碳载量分析

基于柴油颗粒捕集器(DPF)降怠速再生特性，对比研究了碳化硅载体在不同碳载量下通过降怠速再生时的温度特性，得出了碳化硅载体的最大碳载量。试验采用HORIBA SPC-2300颗粒计数器和AVL 472部分流颗粒分析仪测量颗粒物数量(PN),通过对比降怠速再生后的PN与法规限值来判断DPF状态。试验结果表明：随着碳载量的增加，DPF的最高温度和最大温度梯度逐渐增大，而再生效率会随之提升，残余碳载量减少。降怠速再生时，碳化硅载体后端温度高于前端温度，中心温度高于四周边缘温度。碳载量11 g/L时DPF后端中心温度达到1 171℃,再生后进行法规认证循环，DPF对颗粒物的过滤效率显著降低，碳化硅载体出现裂纹，表明碳载量过大，已超过碳载量上限值。     

A Research on the Mechanism and Influence of Ash Deposition in DPF Regeneration

利用GT-Power软件建立柴油机微粒捕集器再生仿真模型,并进行仿真,以分析再生中形成的灰分沉积对捕集器过滤效率和再生过程的影响.结果表明,灰分沉积不但会减小过滤体有效过滤面积,增大排气背压,从而降低载体的过滤性能;还会加剧微粒的燃烧,增大载体温度梯度.在再生平衡过程中,排气背压会缓慢上升,而再生平衡点温度会随着灰分沉积量的增加而下降.     

柴油机颗粒捕集器多参数特征分析及固定式应用设计

介绍了颗粒捕集器的两种压降和捕集效率模型,并分析了有效长度、孔道壁厚、孔道数目、孔道宽度等因素对压降和捕集效率的影响,最终与试验比对确定了可用于分析计算的数学模型。在此基础上分析了捕集器结构参数用于计算压降和捕集效率的重要度,并以孔道数目为变量优化设计了试验室用不可移动的颗粒捕集器。结果表明,以孔道数目和有效长度为变量更有利于颗粒捕集器的性能优化,二者对压降和捕集效率都具有重要的影响;以孔道数目为优化参数改进颗粒捕集器,应用后压降可减小到3.5kPa,效率达90%,满足使用要求。     

柴油机微粒捕集器瞬态再生特性仿真

建立了基于柴油机微粒捕集器主动再生的GT-Power仿真模型,针对2 200 r/min、100%和1 400 r/min、50%两种典型工况,对捕集器瞬态再生特性进行了研究。计算结果表明：柴油机由高转速、大负荷变为低转速、小负荷的瞬态工况下,微粒捕集器再生时,载体各端温度曲线呈双峰状,载体壁面峰值温度与稳态相比大大升高;且工况变化时间越短,这种现象越明显。     

柴油车碳化微米长木纤维DPF压降特性试验研究

提出将碳化微米长木纤维(CMLWF)作为微粒捕集器(DPF)的过滤体材料,并研制了可拆卸DPF和碳化微米长木纤维DPF排气阻力特性测试装置。试验证明,在设计DPF滤芯时需慎重选择合适的孔径,并且在外形结构允许的情况下,优先考虑孔隙直径较大、轴向长度较长的过滤介质。     

全国首个柴油车尾气治理装置问世

近日从合肥工业大学获悉，该校在全国首家研发出治理柴油汽车尾气的装置——柴油机颗粒物捕集系统（DPF系统），清除柴油机尾气排放中的颗粒物（PM2．5）效果显著。成功地攻克了城市柴油车辆尾气排放治理难题。近日该项目通过安徽省科技厅专家组鉴定。