柴油机DPF压降及噪声特性分析

为探究发动机运行过程中DPF压降和噪声特性,本文中通过建立加装DPF的一维整机仿真模型,分析载体结构、碳载量、灰分量等因素对DPF性能的影响。结果表明:载体圆径尺寸越小,DPF压降越大,但噪声量相对减少,而载体长度对压降和噪声的影响甚微;碳载量越大,DPF排气端噪声越小;碳载量在4 g/L范围内时,深层过滤压降占DPF压降主导地位;碳载量超过4 g/L,碳烟层压降逐渐占据主导;灰分量与灰分分布系数大小对DPF压降和排气噪声影响效果相似,随其数值增长,压降增大,对噪声衰减能力增强。通过揭示载体尺寸、碳载量和灰分等因素对DPF压降及排气噪声特性的影响规律,为减少压降损失、降低排气噪声的DPF结构设计提供参考。     

CDPF被动再生特性及再生平衡条件研究

根据Arrhenius方程建立催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)被动再生化学反应模型。通过在一台重型柴油发动机上进行台架试验,对建立的CDPF被动再生模型进行标定和验证,标定后的CDPF被动再生模型可很好地预测CDPF中碳烟被NO_2氧化的反应速率。结果表明,碳烟氧化速率随CDPF初始碳载量的增大和床温的升高而提高;在初始碳载量为3.8 g/L、NO_x含量为550×10~(-6)的工况下CDPF平衡温度约为283℃;增加NO_x排放可促进CDPF被动再生的进行,降低被动再生平衡点碳载量和平衡温度;再生平衡曲线与预设碳载量有关,随着预设碳载量的增大,再生平衡曲线下移,被动再生区域增大。     

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。     

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。     

重型柴油机DPF非线性非稳态碳载量估算方法研究

通常可以使用压差传感器估计柴油机微粒捕集器(DPF)中的碳载量，但其在较低排气流量时的非线性和非稳定状态下，准确性会严重下降。为了提高精度，建立了新的碳载量估算方法，以计算DPF中的炭烟累计量，从而提高主动再生触发时间的精度。该模型基于发动机炭烟排放和DPF内的炭烟氧化平衡，由炭烟排放模型、NO₂被动再生模型和炭烟高温氧化模型3个子模型组成。测试验证是基于全球统一瞬态试验循环(WHTC)进行的。试验结果表明，在载碳形成过程中，碳载量计算值与实测值的平均误差为4.6%。随着排气温度和NO₂浓度增加，被动再生加快，主动再生间隔延长。     

降怠速工况DPF再生温度及排放特性研究

基于某国六柴油机搭建后处理系统试验台架,研究了堇青石DPF在急降怠速(DTI)过程中的主动再生特性,探究了碳载量对DTI再生温度特性的影响以及DTI试验后的DPF瞬态排放特性。结果表明：DTI再生过程中载体内部温度分布极不均匀,峰值温度出现在DPF后端的中环处;碳载量对DTI再生温度及PM和PN排放有显著影响,当碳载量达到7 g/L时,峰值温度达到1 394.1℃,最大温度梯度达到139.0℃/cm, PN排放超过国六限值10倍以上,而PM排放虽有明显升高,仍在较大裕量内满足国六限值。当超过堇青石陶瓷材料的耐受温度和温度梯度极限时,DPF具有很大的熔化和开裂风险,需要合理选取再生极限碳载量以保证可靠性。     

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。     

碳烟氧化模型的研究及在车用柴油机中的计算应用

提出了一个基于平均反应率的碳烟氧化模型,将其应用于柴油机数值模拟中,并结合试验方法研究了后喷射对碳烟排放的影响。将Hiroyasu碳烟生成模型和文中提出的碳烟氧化模型耦合在CFD源程序中构建多维模型,利用数值解析的手段,根据不同的后喷射方案计算柴油机碳烟的生成和氧化历程,并结合试验数据分析后喷射影响碳烟氧化的各种因素。研究结果表明,采用碳烟氧化模型和试验方法能真实反映柴油机碳烟的生成和氧化历程以及后喷射对碳烟排放的影响规律。     

基于模型的CDPF降怠速再生特性研究

采用1D数值模拟软件AVL BOOST,建立柴油机催化型柴油颗粒捕集器主动再生反应模型,研究降怠速再生(DTI)期间初始碳载量、再生温度、再生/怠速流量、再生/怠速氧含量、怠速进入时刻等因素对DPF峰值温度和峰值温度梯度的影响规律.结果表明:随着初始碳载量、再生温度和氧含量增加,峰值温度、峰值温度梯度和炭烟反应量均增加...     

不同颗粒物分布对柴油机颗粒过滤器再生性能的影响

在柴油机颗粒过滤器(DPF)再生过程中,温度升高会使气体进一步膨胀,气体黏度增加,气 体流动阻力增大,导致 DPF再生过程中的压降大于初始压降。使用 AVL-FIRE 软件建立了 DPF的 三维再生计算模型,分别模拟了 DPF再生过程中不同炭烟颗粒分布对 DPF的压降、温度和炭烟密度等因素随再生时间变化的过程。研究结果显示,采用不同的颗粒物分布方式能够降低 DPF再生过程中的压降,其中均匀分布的颗粒物所产生的压降最高。DPF 内部积累的炭烟颗粒越靠近入口处, DPF内部的平均温度越高,达到峰值温度的时间也越短。相同的颗粒物分布类型仅导致峰值温度出现的时间有差异,不会对峰值温度产生影响。由于热量在过滤器末端聚集,因此无论采用何种颗粒物分布类型,都会导致过滤器末端处的炭烟颗粒燃烧速度快于前端。     

大型柴油机DPF被动再生特性的试验研究

通过台架试验研究了不同废气再循环（EGR）率及不同排气节流阀开度对柴油机颗粒过滤器（DPF）被动再生的影响规律,对比了在世界协作瞬态循环（WHTC）工况前900s瞬态工况下开关EGR阀对DPF耐久特性的影响,并研究了驻车再生的效果。试验结果表明,EGR率及排气节流阀开度通过影响排气温度及排气NO2浓度影响DPF被动再生速度;正常WHTC工况前900s耐久循环下DPF碳载量不断增大,关闭EGR阀后进行WHTC工况前900s耐久循环后,DPF碳载量不断减少;驻车再生能够有效降低DPF碳载量。     

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。     

柴油车排气后处理装置性能试验研究

对氧化催化转化器(DOC)和柴油机颗粒过滤器(DPF)进行了性能试验研究.分析了DOC对柴油车排放的影响规律;对DPF的压降特性和过滤性能进行了试验.最后还讨论了DPF再生过程中的安全问题.     

柴油机碳烟颗粒在NO气氛下的催化氧化研究

围绕柴油机碳烟颗粒在NO气氛下的催化氧化问题进行相关的实验研究。通过稀土氧化物氧化铈和氧化镧分别负载硝酸盐制备了实验用催化剂,并在催化剂和碳烟颗粒"松接触"情况下,研究了在NO背景下对碳烟颗粒催化氧化过程,实现了在NO背景下对碳烟颗粒催化氧化;实验结果还显示,采用复合性稀土氧化物更能促进碳烟颗粒催化氧化,更有利于同时解决柴油车排放过程中产生的PM和NOx,从而为了开发高性能柴油机用催化剂提供了重要的实验基础。     

不同海拔地区下的自然吸气柴油机性能研究

采用微机化大气模拟综合测量系统对自然吸气柴油机运行在不同海拔地区下的性能进行了研究。分析和比较了不同海拔下的柴油机负荷特性、速度特性、万有特性以及碳烟排放特性的关系。同时，在不同大气压力下的等过量空气系数条件下，比较了动力性和经济性之间的关系。     

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.     

PFI发动机灰分载量对GPF的影响研究

基于一台装有汽油机颗粒物捕集器(GPF)的1.4T进气道燃油喷射(PFI)发动机研究了发动机在不同负荷下的原始颗粒物排放特性和不同灰分载量对GPF过滤性能的影响。结果表明:在中小负荷下,发动机排放的颗粒物主要为核模态,在大负荷下,则存在粒径10～25 nm的核模态和100～200 nm的积聚模态颗粒物;灰分载量对GPF的工作特性有较大影响,灰分载量为0的GPF对颗粒物的捕集率约为85%,而灰分载量为5 g/L的GPF捕集率达97%;发动机排气背压、温度和燃油消耗率随GPF灰分载量的增加而提高,灰分载量为20 g/L时的燃油消耗率相比灰分载量为0时提高了3%～7%。     

高轨压燃烧系统对车用柴油机性能及排放的影响研究

为降低柴油机的排放,满足当前国六排放法规要求,分析了更高轨压燃烧系统对发动机性能和排放的影响。在同一台发动机上进行了台架对比试验,基于试验结果分析了高轨压燃烧系统匹配不同的气道方案、燃烧室方案对发动机燃油经济性、排放特性的影响。结果表明,高轨压燃烧系统能够使发动机中、高负荷区域碳烟排放降低约20%,小涡流比大流量系数的气道、扁平化燃烧室结构方案能够使发动机性能更佳。相对于原燃烧系统,高轨压燃烧系统WHSC测试循环碳烟排放降低了约60%,发动机排放明显降低。     

采用双段喷射改善二冲程柴油机的排放性能

在配有电控共轨系统和扫气系统的二冲程柴油机试验台上进行了3种不同喷油模式对柴油机燃烧及排放性能影响的试验研究。试验结果表明,单段早喷有助于实现低NOx和碳烟排放,但柴油机无法在高负荷下运行;标准喷射的排放很高;双段喷射表现出良好的性能,它实现了柴油机的柔和运行,并且在全负荷范围内使NOx和碳烟排放降低40%以上。在双段喷射基础上,利用高压喷射及内部EGR进一步改善了柴油机的排放。     

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。