柴油机颗粒捕集器的怠速再生性能试验研究

基于轻型柴油机台架,加装一套排气管喷油的主动再生系统,探究催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)在发动机怠速时的主动再生性能。研究发现：CDPF压降受来流空速、温度和碳载量的影响,空速、碳载量越高,压降斜率越大,压降与来流温度呈线性关系,实际情况中碳载量的判断需考虑空速和温度的影响。主动再生时,当空速一定,来流温度越高,达到主动再生目标温度(≧500 ℃)的喷油量越小;入口温度的变化率在1.74-2.20 ℃/(mg/s)范围内,即喷油量每增加10 mg/s,入口温度增加20 ℃左右。CDPF怠速再生时存在快速氧化期,此阶段颗粒物剧烈燃烧,CDPF出口温度会快速上升,同时压降下降明显。通过控制使CDPF入口温度锯齿形上升,有利于降低进出口温度差,再生效率可达90.55%。     

柴油机微粒捕集器降怠速再生过程载体温度的控制

针对柴油机微粒捕集器降怠速再生过程载体峰值温度偏高问题进行了基于排气中氧气体积分数控制策略的降怠速再生试验.结果表明:在高怠速工况通过耦合调整再循环废气和进气流量可有效控制排气中氧气体积分数低至8%以下,而氧控所引起的燃烧恶化也导致了HC、CO排放量增大;碳载量和排气流量相同条件下,进行的氧控降怠速再生试验过程其载体内部峰值温度显著低于原机非氧控降怠速再生数值;提高载体碳载量并进行氧控降怠速再生,微粒加载背压和载体峰值温度仍在发动机正常运转以及载体材料温度安全范围内,满足安全以及可靠再生的同时达到了拓展安全再生碳载量限值以及延长微粒捕集器再生周期的目的.     

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...     

主被动再生DPF系统中DOC涂层匹配性能研究

基于发动机试验台架,试验研究了不同氧化催化器(DOC)涂层、不同排气温度时,DOC对气态总碳氢(THC)、CO的转化效率和起燃温度的影响。确定了两种DOC涂层对气态污染物的转化性能:1#、2#DOC的THC起燃温度分别为175℃和162℃,CO起燃温度分别为149℃和151℃。排气温度高于220℃时THC转化效率均高于85%,排气温度高于190℃时CO的转化效率均高于95%,1#DOC性能略优于2#DOC。此外,在不同发动机工况、不同喷油速率下,评估不同涂层含量DOC进行DPF主动再生时的温升能力,结果表明:DOC的贵金属(PGM)涂层含量、涂层厚度均影响其转化碳氢化合物(HC)的能力;2#DOC的PGM含量更高,DOC氧化HC的速度更快,对喷射的HC更为敏感,因此2#DOC后温度上升速度更快,温度波动更大;1#、2#DOC的PGM含量均满足使DOC后温度达到目标再生温度的需求,两者最终的稳定温度逐渐趋于一致;此外,喷油速率影响DOC的升温能力,喷油速率小于40g/min时2#DOC升温速率高于1#DOC,喷油速率高于40g/min时1#DOC升温速率高于2#DOC。喷油速率为47.7g/min时,1#DOC的最大升温速率为8.540℃/s,2#DOC为7.401℃/s,两者差异达15%。     

排气氧浓度对柴油机颗粒捕集器主动再生特性的影响

采用进气节流降低排气氧浓度的方式,试验研究了柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst, DOC）入口氧浓度对柴油机颗粒捕集器（diesel particulate filter, DPF）主动再生时的入口温升特性、载体峰值温度、有效再生时间和再生过程燃油消耗的影响。结果表明：随着排气氧浓度降低,DPF温升速率增大,入口温度上升时间缩短;在所有氧浓度下,载体峰值温度均出现在DPF轴线后端位置。随着氧浓度降低,载体峰值温度先增后减,最大径向温度梯度先减后增,有效再生时间先缩短后延长,再生过程燃油消耗先减后增。在恒定DPF碳烟负载量和再生温度的前提下,当排气氧体积分数为11.0%时DPF主动再生时间最短,再生过程燃油消耗最少。     

微粒捕集器喷油率对再生温度影响的仿真分析与优化

对于柴油机微粒排放后处理问题,可通过喷油助燃再生的方法来实现。再生温度对柴油机微粒过滤器(DPF)内部冲击造成过滤器内部温度受热很难达到均匀,易造成热应力破坏。结果表明:在微粒过滤器(DPF)喷油助燃再生过程中,不同的喷油率值对DPF内部峰值温度的影响也不同。提高喷油率可以增加燃烧功率,但喷油率提高后,排气中氧含量减少,燃烧效率下降导致再生速率下降。因此对于排气中氧含量的增加尤为必要。     

催化型柴油颗粒捕集器再生性能的试验研究

为探究催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的再生性能,自制了CDPF颗粒加载装置,通过模拟气试验平台研究了炭载量、再生温度及气体流量对CDPF再生性能的影响,并对其再生效率、再生效能比、最高温度及最高温度梯度性能指标进行评价。试验结果表明:CDPF再生过程主要有两个阶段,第一个阶段主要发生在250~400℃之间,为低温长时间再生阶段;第二个阶段主要发生在500~600℃之间,为高温短时间再生阶段。当再生温度为350℃、气体流量为200mL/min时,3.2g/L、5.0g/L和7.0g/L 3种炭载量下的最高温度梯度均达到最小,分别为2 737.5℃/m、4 387.5℃/m和3 837.5℃/m。其再生效率在再生温度为250℃时均约为6.0%,而在550℃时均达到85.6%。当炭载量为5.0g/L,再生温度为500℃和550℃,气体流量为300mL/min时,最高温度、最高温度梯度及再生效率均达到最大,再生效能比随气体流量的增大从4.6×10-5 J-1下降到1.8×10-5 J-1。     

灰分对柴油机颗粒捕集器性能和可靠性影响试验研究

针对柴油机颗粒捕集器中灰分积累量随柴油机使用时间增长而逐渐增多的问题,在柴油机台架上研究了不同灰载量时的柴油机颗粒捕集器压差特性和主动再生过程中载体内部温度场的变化规律。研究发现：灰分进入载体孔隙后产生深床效应,使压差迅速增加;灰分膜层效应使压差降低,灰分层在通道壁面变厚过程中,压差与炭载量呈线性增加关系;在主动再生过程中,灰分层使载体内部温度的峰值大幅度升高,且温度变化剧烈。灰分堵塞通道末端时,压差再次迅速增加,主动再生过程中载体内部高温区域向前端面移动,温度峰值亦大幅度升高且温度变化剧烈。为使主动再生过程正常触发和降低主动再生过程中载体内部温度,需采用模型标定方式提高炭载量计算精度。     

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。     

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8g/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...     

颗粒捕集器主动再生温度特性试验研究

通过发动机台架试验研究氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)起燃温度及颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)主动再生时内部温度场分布规律。结果表明,当DOC入口温度高于240℃时,DOC可以起燃达到DPF设定的主动再生目标温度600℃;当DOC入口排气温度为240～280℃时,为减少HC二次污染,需选用较高的喷油速率,使DPF尽快达到设定目标温度。DPF主动再生过程分为3个阶段,起燃阶段DPF入口至出口温度依次快速升高;再生阶段DPF内部和出口温度高于入口温度约50℃;再生结束阶段,DPF入口至出口温度迅速降低,研究可为DPF主动再生温度的安全控制提供依据。     

国六新型催化型柴油机微粒捕集器低温被动再生特性研究

基于自行搭建的柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst, DOC）+催化型柴油机微粒捕集器（catalytic diesel particulate filter, CDPF）的试验台架,开展了碳化硅（SiC）及堇青石CDPF被动再生平衡点温度试验,并测试了DOC新鲜件及老化件对载体被动再生平衡点温度的影响,对两种材料CDPF进行了低温条件下的被动再生特性试验。试验结果表明：炭载量5 g/L时,SiC CDPF被动再生平衡点温度约为295 ℃,堇青石CDPF约为310 ℃;DOC老化件对SiC CDPF被动再生平衡点温度无明显影响,但会导致其被动再生效率降低;未加装DOC时,SiC CDPF被动再生平衡点温度上升至355 ℃,且会导致载体内部温度轴向及径向上产生较大温差,大大降低其再生效率（仅为5%）;炭载量5 g/L、入口温度325 ℃时,SiC CDPF被动再生效率仅为48.9%,再生速率为2.9 g/h,而堇青石CDPF被动再生效率为75.2%,再生速率为11.5 g/h,后者在该温度附近被动再生特性更优。     

载体材料对DPF再生性能影响的试验研究

基于柴油机颗粒捕集器外加热源再生性能测试台架,对比研究了钛酸铝和碳化硅材料对柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律。试验结果表明:随着来流温度的增加,不同材料载体的最高温度和最大温度梯度先缓慢增加后迅速增加,而再生效率逐渐呈线性增大,再生温度的陡增不能直接使再生效率陡增;在炭黑剧烈再生时,钛酸铝材料的最高温度和最大温度梯度远高于碳化硅材料载体;压降随来流温度、炭黑担载量的增加而增大,压降大小与材料孔隙率、孔径及载体本身的结构有关。     

柴油机颗粒捕集器特性测试评价

为了满足柴油机颗粒物(particulate matter,PM)排放标准的要求,应用微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)对柴油机排放的PM进行捕集并再生。对涂覆前后DPF的压差、不同工况下的被动和主动再生速率、压降特性及极限情况下的累碳量等进行测试评价。研究结果表明:相对于白载体,涂覆后的DPF压差略为增加;在氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)作用下,DPF捕集的碳颗粒较易发生被动再生,连续再生速率随着温度升高而提高;温度为400℃时,累碳速率和被动再生速率达到动态平衡,超过600℃时发生主动再生;在降怠速情况下测试累碳量,并通过轻型车排放测试规程(world harmonized light vehicles test cycle,WLTC)进行排放试验验证,结果表明,DPF对PM和粒子数量(particle number,PN)的捕集效率满足工程目标要求。     

载体结构对柴油机微粒捕集器再生的影响研究

以氧气为气源,利用自行设计的低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)喷射系统,采用三种不同结构的柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)装载装置对已捕集PM的DPF进行再生试验。通过研究DPF再生过程中内部温度及温度梯度的变化,对三种装载装置的再生效果进行了对比。研究结果表明:DPF内部各位置的温度均在180℃以下,远低于DPF的最高使用温度;PM的氧化界面随来流方向从上游向下游移动;DPF轴向和径向温度梯度均小于30℃/cm,低于DPF温度梯度限值;再生时间来看载体B和载体C的再生效果优于载体A;载体C中DPF内部流速分布最为均匀,有利于DPF的再生;载体C中DPF的最大温度梯度小于载体A和载体B,所承受的热应力最小,故载体C的结构更有利于DPF的使用寿命。     

DPF和CDPF主动再生排放特性对比分析

基于外加热源再生台架和颗粒物加载装置,探究了不同再生温度和碳载量下柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型DPF(CDPF)主动再生时出口气体和颗粒物排放特性．结果表明：催化剂铂(Pt)的涂敷有利于碳黑(PU)的氧化,在相同碳载量条件下,CDPF更易产生温度波峰,且再生效率略高于DPF;DPF再生过程中伴随着较高体积分数的CO排放,且升温阶段会出现一个低浓度的核模态颗粒排放窗口,后续再生阶段几乎无颗粒物释放;CDPF再生过程中几乎没有CO生成,但在再生阶段会伴随着大量的30 nm以下的小颗粒释放,且随着再生温度和碳载量的升高,CDPF出口颗粒物浓度逐渐升高．DPF和CDPF再生时分别具有不同优化窗口,既有利于减少颗粒物排放同时又保持较高的再生效率．     

汽油机颗粒捕集器(GPF)应用匹配参数研究

以某款配置汽油机颗粒捕集器(gasoline particle filter,GPF)发动机为研究对象,建立了基于博世BOASH MED17810平台的发动机GPF标定试验台架,分析了GPF中碳载量对发动机性能的影响,并研究了不同温度、不同氧流量、碳载量对GPF燃烧速率的影响规律,以及燃油中断时间对GPF温升变化的影响。试验结果表明:增加GPF后,发动机外特性扭矩比GPF原始无碳载量的扭矩低,功率降低约5 kW;温度越高、氧流量越大、载碳量越多,GPF燃烧速率越快。当GPF碳载量为5 g、燃油中断30 s时,GPT载体温度达到GPF材料的耐受温度阀值。     

尾管喷油方式DPF再生的理论与试验研究

提出了以DPF前端温度作为控制目标的尾管喷油DPF再生方法。详细介绍了该系统的构成、再生控制策略以及再生试验。试验结果表明:该再生系统能有效去除沉积在DPF载体表面的碳颗粒,恢复DPF载体过滤颗粒物的功能。     

喷油策略耦合EGR对柴油机燃烧过程与CDPF再生性能的影响

以匹配了可变截面几何增压系统(VGT)的D19高压共轨柴油机为研究机型,采用GT-Power和AVL FIRE构建了一维热力学整机模型和催化型微粒捕集器(CDPF)三维仿真模型,针对3 000r/min、50%负荷工况,研究了喷油策略耦合废气再循环(EGR)对燃烧过程和CDPF再生性能的影响。研究表明:随主喷定时提前,有效燃油消耗率(BSFC)先降后升,排气温度降低,排气流量与氧浓度变化则较小,排气中一氧化氮(NO)增加,CDPF再生速率逐渐降低,颗粒物残余量、压降与CDPF出口端二氧化氮(NO_2)同时增加;随EGR率增大,BSFC和排气温度升高,排气流量、排气氧浓度、排气中NO浓度则同时降低。在主喷定时较晚时,随EGR率增大,CDPF再生速率先升后降,颗粒物残余量先降低后略升高;而在主喷定时较早时,随EGR率的增大,CDPF再生速率降低,颗粒物残余量增多。在主喷定时较晚时,提高喷油压力使BSFC和排气温度明显降低;而在主喷定时较早时,提高喷油压力导致BSFC反而快速增加。此外,随喷油压力提高,排气流量与氧浓度变化较小,排气中NO浓度增加,CDPF再生速率逐渐减小,颗粒物残余量、压降和CDPF出口端NO_2排放同时升高。总体上,相比喷油压力,主喷定时对CDPF再生过程影响更大。     

DPF热再生过程温度控制与试验

柴油机颗粒物捕集器(DPF)热再生发生时,其内部温度受DPF碳载量、排气温度和排气流量等影响,在特殊运行工况下具有较强非受控特性.为避免非受控再生引起的DPF失效风险,确保安全和可靠再生,通过降怠速(DTI)再生方式探讨了一种确定DPF安全再生温度的试验方法,得到安全再生温度曲线.针对DPF热再生过程中温度控制的大滞后特性,研究了一种采用发动机排气温度和排气流量作为增益补偿的优化热再生温度控制结构,并进行了控制算法的仿真分析和整车道路试验验证.结果表明:再生过程中对实际排气温度控制的超调量小于3%,稳态控制误差小于20℃,为促进DPF的安全和高效率再生提供了参考.