灰分沉积对不同结构CDPF再生特性的影响

对某高压共轨柴油机的催化型颗粒物捕集器(CDPF)进行台架试验,研究了两种不同结构的CDPF对发动机性能的影响和不同碳载量下CDPF的压降特性。通过建立三维CDPF热力学模型,分析了灰分量和灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明:CDPF会使柴油机动力性、经济性略有下降,但非对称结构CDPF可有效降低载体对柴油机性能的影响;CDPF压降会随载体孔道内碳烟累积量的增大而升高,非对称结构CDPF可有效减小CDPF压降,且随着碳载量增加,非对称结构的优势更加明显。灰分沉积有利于降低载体向环境传热的导热率,提高载体热容量,有利于碳烟的氧化再生;CDPF再生过程中载体的温度呈边缘低中心高、前端低后端高的分布规律。灰分分布系数对碳烟氧化速率影响较小,载体结构、灰分量和灰分分布系数对CDPF最大再生温度梯度影响也不大。     

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。     

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...     

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。     

CDPF主动再生对SCR性能影响的试验研究

基于某国六小缸径柴油机加载DOC+CDPF+SCR后处理测试台架,进行了8 g/L碳载量下CDPF主动再生及降怠速(DTI)再生试验,研究分析了CDPF主动再生对涂覆不同催化剂SCR工作特性的影响。结果表明：由于混合器作用,CDPF主动再生对SCR入口面温度分布均匀性影响较小,主动再生期间SCR入口温度平均约为580℃;主动再生稳定期间,两种催化剂涂覆方案下,NO_x转化效率均较低,铜基分子筛SCR的NO_x转化效率约为80.3%,钒基SCR约为32%,前者稳定性较好;DTI主动再生试验时,主动再生前,NO_x转化效率随SCR入口温度的升高逐渐升高,入口温度为401℃时达到这一期间最高值,约为99.3%;主动再生稳定后,转化效率随温度升高而降低;当工况突变为怠速工况时,SCR入口达到最高温度,约为582℃,此时转化效率为82.2%,氧浓度升高,致使NO_x转化效率迅速升高至较高值后保持稳定,转化效率稳定于99.5%,直至温度较低时转化效率下降。     

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。     

柴油机DOC+CDPF系统的过滤和再生性能试验研究

基于氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)系统开展了发动机台架试验,对比系统前后的颗粒物粒径分布,获得了系统的过滤效率,同时也测量了该系统在各稳态工况下的再生效率.研究结果表明:该系统对颗粒物的过滤效率在发动机的各个工况均能达到95%以上;系统前的颗粒物数量浓度呈单峰分布,主要为核模态;系统后颗粒物数量浓度呈双峰分布,峰值分别在10 nm和150 nm左右,且10 nm左右波峰峰值最大;再生效率随着再生温度的升高呈上升趋势,测试系统的起燃温度在250℃以下;再生效率均随着再生时间的增加而增加,但在再生后期明显变缓;在较高的再生温度时,颗粒担载量增大将有利于提高再生速率.     

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。     

NO2对柴油机微粒捕集器再生特性的影响机理

利用三维CFD软件建立了柴油机微粒捕集器(DPF)三维仿真模型,验证了模型的准确性。通过对NO2氧化炭烟微粒再生机理的DPF仿真计算,研究了炭烟浓度、NO2与NOx的比值、排气温度、空速及发动机负荷对NO2被动再生反应的影响。结果表明:排气中炭烟浓度越大,NO2转化率越高;NO2与NOx的比值越大去除的炭烟微粒越多;正常排气温度有利于NO2实现DPF再生;空速高时DPF再生效果不佳;发动机负荷越高,参与再生过程的NO2越多。     

柴油机微粒捕集器被动再生平衡研究

建立了柴油机微粒捕集器（DPF）的三维仿真模型,并验证了模型的准确性。模拟计算了DPF连续被动再生过程中 m （NO2）/m （Soot ）比例、排气温度及450℃时 O2浓度对再生平衡的影响。结果表明：排气中m（NO2）/m（Soot）比例为5时再生达到平衡,比例越高越有利于去除微粒物;排气温度越高参与再生反应的O2越多,越有利于DPF再生达到平衡;排气温度为450℃及O2浓度为5％时达到平衡,其浓度越高则再生速率越高。     

排气管喷油再生的DOC辅助DPF系统起喷温度的试验研究

通过发动机台架试验,在固定发动机排气流量的条件下,试验研究了不同柴油机氧化催化器(DOC)前温度、排气尾管燃油喷射速率、贵金属(PGM)涂层含量时,DOC的碳氢化合物(HC)转化性能;得出DOC性能的变化规律、起喷温度的标定方法、PGM涂层含量对DOC催化器的影响规律。试验结果表明:随着DOC前温度的升高,DOC的HC转化能力增强,碳氢泄漏现象减弱。可通过标定达到柴油机颗粒捕集器(DPF)目标再生温度所需的DOC前温度(起喷温度)随喷油速率的脉谱图确定尾管喷射再生系统的起喷温度。随着喷油速率的增大,起喷温度先逐渐降低,然后缓慢上升。PGM涂层含量增大,DOC的HC转化能力增强,达到DPF目标再生温度所需要的起喷温度减小。PGM涂层含量为A和Bg/L时,达到目标温度所需的最低起喷温度为240~244℃。     

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。     

面向控制的DPF再生效率建模和试验研究

对柴油机颗粒物捕集器(DPF)的再生效率进行实时和准确的在线预估,可为DPF热再生结束的控制提供判断依据,是实现DPF系统化和高效应用的重要功能.本文基于热再生过程中DPF内碳烟颗粒的氧化反应机理探讨并建立了DPF再生效率计算模型,通过发动机台架试验对模型的化学反应动力学参数进行了校核和辨识,从而得到DPF内碳烟颗粒热...     

选择性催化还原过滤器背压骤增现象的研究

前期研究中,发现在柴油颗粒过滤器（DPF）上出现背压骤增现象是由于DPF通道内的碳烟坍塌所致。碳烟坍塌是由综合因素如被动再生、高温度、长浸置期、高碳载量和高排气流量等所致。     

基于模型的国Ⅵ重型柴油机DOC辅助DPF系统控制策略研究

由于国Ⅵ排放法规的加严,本文研究了氧化催化器(DOC)辅助微粒捕集器(DPF)排放控制策略,并用模型实现仿真测试及试验验证。试验结果表明,本文的DOC辅助DPF系统控制策略估算DPF当前碳载量误差在允许范围内,模型DPF温度曲线与实际传感器温度曲线吻合度良好,能很好地完成再生。     

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。     

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。     

面向控制的汽油机颗粒捕集器温度模型

结合汽油机颗粒捕集器(GPF)内部对流换热和放热与吸热化学反应,基于能量守恒和热平衡方程分别建立了包含分项反应热和综合反应热的零维数学模型,以GPF入口温度、排气质量流量、碳载量和含氧量为输入,构建面向控制的MATLAB/Simulink模型,并利用不同初始碳烟载荷下汽油直喷发动机减速断油试验的动态数据检验模型。结果表明,包含综合反应热的温度模型更简单、实时性更好,适用于GPF控制中的温度预测。     

基于压差的DPF再生载碳量模型标定研究与验证

基于压差的DPF再生载碳量模型标定和验证,研究了发动机各工况范围内对应的特征点排气温度和排气流量的DPF空载压差,DPF最大载碳量范围内均匀分布的特征点所对应的发动机排气流量的DPF压差值,计算出各特征点的流阻,形成DPF再生载碳量标定模型;然后通过不同地理区域和不同工况的试验,验证了该模型的正确性和适用性。     

柴油机碳烟排放的数值模拟及试验研究

考虑碳烟粒子生成速率同时受控于涡团破碎速率和化学反应速率,提出一种输运控制率与碳烟氧化率混合控制模型进行碳烟计算,并用此模型对一台直喷式柴油机燃烧与排放生成过程进行了多维数值模拟。结果表明,计算模拟结果与试验测量结果吻合较好,且使用该模型能够预测柴油机研究样机的碳烟生成与氧化历程。