柴油机DPF非对称孔道压降特性及其影响因素

为了有效降低柴油机微粒捕集器DPF压降,通过建立DPF灰分模型和压降模型,运用数值计算的方法研究了非对称孔道DPF的压降特性及其影响因素.研究结果表明:增大DPF进、出口孔道直径比,进口孔道排气流速减小,孔道壁面前端渗流速度减小,孔道壁面后端渗流速度增大,排气流经出口孔道流速增大;增大DPF进、出口孔道直径比能降低DPF压降;随着碳载量、灰分量以及排气流量的增大,增大DPF进、出口孔道直径比对降低DPF压降效果更加明显;孔密度最优值随进、出口孔道直径比增大而减小.     

非对称孔结构对柴油机颗粒捕集器压降特性的影响

运用AVL Boost软件建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)模型,研究不同排气流量、温度及碳烟与灰分沉积量对非对称孔结构DPF压降特性的影响,并着重研究不同比例孔结构压降特性的差异.结果表明:排气质量流量增大,入口温度增大,不同比例孔结构的压降敏感性增大;当DPF内碳烟沉积量较少时,通过DPF的压降随着进/出口孔比例的增加而增大;随着碳烟沉积量的增多,进口较小的DPF结构压降升高率大;灰分在DPF壁面上的层状分布可以有效阻止碳烟深层捕集模式,降低DPF压降;使用非对称孔结构可以有效提高碳烟和灰分容量,降低DPF使用后期压降并延长DPF使用寿命.     

灰分对柴油机颗粒物捕集器性能的影响

为了降低灰分对柴油机颗粒物捕集器(DPF)性能的影响,建立了DPF灰分和碳烟的数学模型,研究了灰分量、碳载量和灰分分布形态等多个因素对多种DPF性能的影响.结果表明:非对称孔结构(ACT)DPF增加了进/出口孔径比例有利于降低压降,但不利于捕集效率的提高;碳烟层的捕集效率高于灰分层,对称结构捕集效率高于ACT结构,低孔隙率捕集效率高于高孔隙率;灰分分布系数增加,DPF压降和捕集效率均上升,灰分分布系数对ACT结构DPF的影响小于对称结构;ACT结构有利于提升DPF容灰能力,延长清灰周期,提高经济性.     

灰分分布系数对柴油机性能的影响研究

通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的一维热力学仿真模型,研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响,并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响。结果表明:炭载量为6 g/L,灰分量为33 g/L时,DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升;随着灰分分布系数增大,柴油机转矩、缸内最最高燃烧压力及氮氧化物排放量均下降,碳烟排放量升高;灰分分布系数增加,柴油机有效燃油消耗率增加,DPF再生频率增加,包含柴油机热效率和DPF再生效率的柴油机系统热效率降低。单一地依靠DPF压降对主动再生时刻进行判定误差较大,且误差会随灰分量的增加呈现类指数增大。     

正六边形和四边形孔道DPF性能的仿真试验研究

基于AVL-Fire软件建立正六边形和四边形孔道结构柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)模型,对不同排气温度、排气质量流量、碳烟负载下2种孔道结构的DPF压降特性、碳烟再生特性进行仿真分析和对比.结果表明:相同排气质量流量下,2种孔道的DPF压降随碳载量和排气温度升高而增大;六...     

GW4D20轿车柴油机颗粒物捕集器压降特性仿真分析

本研究用三维CFD软件AVL FIRE对GW4D20轿车柴油机微粒捕集器(DPF)的压降特性进行分析.研究因素为:发动机稳态工况的排气温度和排气流量、载体目数、载体壁厚、初始碳烟加载量对DPF载体压降的影响.得出:在发动机稳态工况下,随着排气质量流量和温度的增加,DPF的压降水平随之增加,DPF的压降增长速率随着温度的增长呈现先增大后减小的趋势;当DPF载体的目数和壁厚增加时,DPF压降逐渐增加;随着初始碳烟加载量的增加,DPF的压降逐渐增加,碳烟在DPF载体中的积累所带来的压降损失是DPF压降形成的主要因素.     

高原环境下增压柴油机耦合DPF的性能仿真

基于GT-Power建立带柴油机颗粒捕集器(DPF)的增压柴油机一维仿真模型,研究了DPF在不同海拔下对增压柴油机动力性、经济性及排放特性的影响,同时研究了不同海拔下DPF的工作特性,并采用3种不同型式的载体进行了仿真对比.结果表明:高原环境对增压柴油机低转速工况性能影响较小;高原环境下,增压柴油机中、高转速的动力性、经济性下降明显;中、高转速工况下,随着海拔升高,增压柴油机碳烟和CO排放均增加,NOx排放降低;不同海拔下,DPF对增压柴油机动力性、经济性影响较小,海拔为0 km与4 km条件下DPF对增压柴油机原始排放均影响较大;DPF压降随海拔上升而增加,高原环境对低转速工况下DPF捕集效率影响较小,中、高转速工况下,DPF捕集效率随海拔上升而增加;不同型式载体的DPF工作特性随海拔变化的表现具有一致性,高目数和非对称结构载体有利于降低DPF压降和增大载体容灰量.     

不同海拔下柴油机颗粒过滤器碳烟加载及再生特性研究

为研究不同海拔下柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)碳烟加载规律及再生特性,在一台高压共轨柴油机上分别在两种大气压力(80kPa和100kPa)下进行了试验研究。研究内容包括全球统一瞬态循环(world harmonized transient cycle,WHTC)排放测试、DPF碳烟加载及压降特性、DPF再生过程温度场及压降特性。结果表明:高原环境下DPF的排气温度和各项排放数据指标均高于平原环境。高原环境下压降损失随碳烟的累积呈现出先快速增加后缓慢增加的趋势。再生温度和海拔高度对DPF再生压降、载体再生峰值温度、载体再生径向和轴向温度梯度、再生时机均有影响;再生温度越高及海拔越低,DPF再生压降越高;再生温度及海拔越高,再生时载体的峰值温度越高且载体径向和轴向温度梯度越大。     

极限碳载量下催化型柴油机颗粒捕集器再生特性研究

基于某高压共轨柴油机搭建了三维催化型柴油机颗粒捕集器（catalytic diesel particulate filter, CDPF）模型,研究了极限碳载量下不同结构CDPF的再生特性,分析了不同极限碳载量条件下灰分量及灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明：极限碳载量下对称孔道结构（symmetrical cell technology, SCT）和非对称孔道结构（asymmetric cell technology, ACT）CDPF最高温度峰值随着极限碳载量增加而上升,不同结构CDPF压降随着极限碳载量的增加而上升且差距明显。随着极限碳载量的升高,CDPF载体温度及碳烟再生速率上升迅速且峰值明显增高。极限碳载量下,CDPF压降及载体最高温度随着灰分量的增加而上升,不同结构CDPF压降特性差异较大,SCT结构载体最高温度高于ACT结构,CDPF碳烟再生速率随灰分量的增加先上升后下降,在灰分量高时碳烟再生速率上升快且峰值高。极限碳载量下,相同灰分分布系数的不同结构CDPF压降差距明显,SCT结构压降整体高于ACT结构,不同结构CDPF碳烟再生速率和载体温度均随灰分...     

含水DPF压降特性的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)含水时运行参数和孔隙结构参数对其压降特性的影响规律。试验结果表明:含水DPF的压降随着含水率的降低均呈保持稳定、迅速降低、缓慢降低三阶段变化,存在压降敏感区域。在含水率较高时,含水率随着时间的增长而迅速降低,此后含水率随着时间增长线性降低。随着来流流量和来流温度的增加,压降敏感区域保持不变,含水率分布在23%~35%。随着载体孔隙率和微孔孔径的增大,压降敏感区域变窄,含水率分布在26%~35%。     

DPF降怠速再生温度场分布测试及过滤效率分析

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)降怠速(DTI)再生的特点,介绍了一种DPF极限碳载量、再生温度评估方法.在非道路瞬态循环(NRTC)工况进行DPF碳加载,通过缸内后喷控制再生温度,试验研究了碳载量为8 g/L、不同再生温度下降怠速再生时DPF的内部温度;在再生温度为600℃时测试了不同碳载量下降怠速再生期间DPF内部温度;通过AVL MSS-483烟度计在NRTC工况下分别测量发动机原排、再生前DPF后、再生后DPF后的颗粒物(PM)质量浓度,获得了降怠速再生后的PM质量浓度过滤效率.结果表明:碳载量为8 g/L时,随再生温度降低,DPF内部最高温度变高,降怠速再生导致载体损坏的风险变大;再生前DPF对PM的过滤效率高达99.95%,再生后降至97.10%.再生温度为600℃、碳载量为12 g/L时,DPF内最高温度超过1500℃,碳化硅载体损坏,DPF对PM的过滤效率降至87.30%,碳载量为8 g/L及10 g/L时,载体均未损坏.     

Effect of fuel on the soot nanostructure and consequences on loading and regeneration of diesel particulate filters

An automotive diesel engine was tested in three representative modes of soot accumulation, active regeneration and spontaneous regeneration of its catalyzed diesel particulate filter (DPF), among the typical driving operation modes. During the engine tests, pressure and temperature along the DPF were measured, and soot samples were taken from the exhaust manifold upstream of the DPF for their thermal, structural and morphological characterization. The collected soot samples were subjected to: Transmission Electron Microscopy (TEM) for morphological analysis, thermal heating under oxidant atmosphere for studying the oxidation kinetics, Raman spectroscopy for describing their nanostructure and X-ray diffraction spectroscopy (XRD) for studying their internal lattice parameters. When the engine was operated in a typical accumulation mode, the pressure drop across the DPF increased up to 80 hPa with diesel fuel, while pressure drop stopped increasing after 4000 s of engine testing with biodiesel. In the regeneration mode, the DPF regenerated more slowly in the biodiesel case as a consequence of lower post-injected fuel energy and thus lower exhaust temperature. In the self-regenerating mode, the DPF was charged more slowly with biodiesel than with diesel fuel and its break even temperature was 40 °C lower with biodiesel fuel. These results provide further evidence that biodiesel soot is more reactive to oxidation. Although thermogravimetric results confirmed this tendency based on the differences on the pre-exponential factor, Raman spectra showed that biodiesel soot reached more ordered graphite-like structures and lower amorphous carbon concentration and XRD analysis showed that biodiesel soot displayed a higher degree of graphitization. The TEM analysis of the agglomerates showed that soot primary particles obtained with biodiesel fuel were significantly smaller and had higher specific active surface than those of diesel soot. From these results, an interpretation of the differences in soot oxidation between both soot samples was made based on the different length scales, from the carbon fringes to the particulate filter.     

共轨柴油机燃用煤直接液化柴油的燃烧与排放特性

在电控共轨柴油机上,试验研究了煤直接液化柴油(DDCL)、石化柴油及二者混合燃料的燃烧和排放特性.结果表明,与石化柴油相比,DDCL燃烧始点晚,预混合燃烧强,但在大平均有效压力时不明显.DDCL混合一定比例的石化柴油后燃烧始点接近于石化柴油.随DDCL掺混比例增加,在小平均有效压力时的NOx、CO和HC排放增加较显著,而碳烟降低.对于颗粒物排放,纯DDCL较石化柴油略高,而石化柴油掺混小比例DDCL时颗粒物排放降低.     

柴油机燃用低比例小球藻生物柴油-柴油混合燃料的试验研究

以野生小球藻生物柴油(Chlorella Biodiesel Fuel,CBF)-柴油作为混合燃料,利用186FA柴油机进行台架试验。在CBF的掺混比例分别为0%,3%,5%(B0,B3,B5)时,对柴油机的动力性、燃料燃用的经济性和燃烧及排放特性进行了比较分析。试验分析表明:柴油机燃用混合燃料时,与燃用纯柴油相比,随着CBF掺混比例的增加,其扭矩和功率略有下降,最大降幅均为4%;柴油机的油耗率和能耗率略有上升,且在高、中负荷时更为明显;柴油机的缸内压力、放热率峰值稍有减小,而压力升高率峰值稍有增大,缸内压力峰值最大降幅为3.4%,放热率峰值最大降幅为12.8%,压力升高率峰值最大增幅为13.7%;柴油机滞燃期缩短了0.5~1.0°CA、燃烧持续期延长了1.0~2.0°CA,缸内压力、压力升高率和放热率峰值的出现时刻均提前了1.0~2.0°CA,燃烧速度加快;HC,CO和碳烟的排放均有所降低,而NOX的排放逐渐增多,全负荷时HC和碳烟排放的最大降幅分别为14.1%和31.7%,NOX排放的最大增幅为9.7%,CO排放的降幅为6%~12%。     

DPF主动再生过程颗粒排放特性试验

通过柴油发动机台架,采用后喷助燃的再生方式研究了主动再生过程中柴油机颗粒捕集器(DPF)出口的颗粒排放特性.结果表明:在主动再生期间,DPF出口颗粒浓度可增加2~3个数量级;在升温过程和再生过程,出口颗粒物数量浓度和粒径分布会因为碳载量和再生温度的共同作用而表现出差异;升温过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起;再生过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起;整个再生期间,100 nm左右的积聚态颗粒物的排放主要由DPF载体内碳烟颗粒的逃逸引起.     

CuO纳米流体作为柴油机冷却介质的数值计算分析

用CuO纳米流体作为柴油机的冷却介质,运用计算流体力学(CFD)方法对CuO粒子质量分数为1%,3%和5%的CuO纳米流体在柴油机冷却水套内的流动和换热过程进行三维数值模拟,并采用湍流随机跟踪方法,对固液两相流离散项纳米粒子的运动进行轨迹追踪,得到了不同CuO质量分数的纳米流体在柴油机水套内的CuO粒子分布,速度场分布,换热总量以及水套进出、口之间的压降变化。计算结果表明,CuO纳米流体作为介质可以显著提高柴油机的散热性能,随着纳米粒子的增加,柴油机散热能力增强,水泵功率损失小范围增加。     

柴油机燃用甲醇/柴油混合燃料的参数优化

对柴油机的供油系统参数（包括启喷压力、供油提前角和每循环供油量）进行优化,采用EGR来进一步降低NOx排放。结果表明：经过供油参数优化后混合燃料柴油机的动力性和经济性与原机相当,但碳烟排放的最大降幅达到15.4%,NOx排放的最大降幅达到28.25%。