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.     

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...     

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。     

基于灰烬沉积的微粒捕集器热再生特性

柴油机微粒捕集器的循环再生过程中,微粒中的不可燃灰烬物质会累积在进口孔道的过滤壁面上.考虑沉积灰烬层对微粒捕集器热再生过程的影响,耦合过滤体孔道内气相质量、动量和能量守恒以及碳烟颗粒的质量守恒与壁面能量守恒方程建立了微粒捕集器热再生模型,采用数值模拟的方法研究不同灰烬沉积状态下过滤体孔道内碳烟颗粒再生与壁面温度沿轴向的分布规律.结果表明:微粒捕集器内沉积的灰烬层增加了碳烟颗粒再生时过滤体的热传导阻力,使得再生时过滤壁面的温度升高,且随着灰烬沉积量的增加,壁面峰值温度增加幅度增大;同时进气孔道前端温度的升高会加快后端孔道内碳烟的氧化速率,进一步增加再生时后端壁面的峰值温度.因此,为避免灰烬层对微粒捕集器工作状态的影响,必须根据过滤体内灰烬的沉积量严格控制微粒捕集器再生时碳烟颗粒的承载量.     

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...     

燃油催化微粒捕集器微粒捕集与强制再生特性的研究

采用燃油催化再生微粒捕集器,对某排量为7.7 L柴油机的排放微粒进行捕集与强制再生。试验结果表明:在低排温工况下,随着微粒捕集器内微粒不断增加,微粒捕集器两端压差随捕集时间增加呈线性提高。燃油中加入的铁基催化剂可以降低碳粒燃烧的温度,增加微粒捕集器的微粒储备能力,并能够有效再生。当燃油中无添加剂时,在特定工况下发动机运行19.5 h后,微粒捕集器的两端压差达到10 kPa,而有添加剂时则可延长到23.5 h。在排气温度为530℃的强制再生工况下,燃油中有添加剂,约需6 min可全部强制再生累积的微粒,而无添加剂则约用时14 min,且有添加剂时强制再生程度较高。微粒捕集器经500 h耐久试验后,在有添加剂情况下其两端压差达到15 kPa,发动机需在微粒累积工况下运转23 h,无添加剂需要18.5 h。按ESC排放测试,微粒捕集器对微粒的过滤效率达到80%以上,微粒排放为0.017 g/(kW.h),试验结果还发现微粒捕集器对CO、HC及NOx的排放没有影响。     

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。     

DPF碳载量模型的建立及试验

为弥补微粒捕集器(DPF)压差传感器在低排气流量条件下测量结果偏差较大的不足,提高DPF主动再生触发时刻判断的准确性,建立了DPF碳载量理论计算模型,并在世界统一瞬态循环(WHTC)测试循环下进行了试验验证.结果表明:WHTC测试循环下DPF碳烟累积过程中,计算结果与测量结果间的偏差均值在3.4%左右,当DPF碳载量达到再生设定值为3.2,g/L时,计算结果偏差约为5.9%;DPF初始碳载量为3.94,g/L,在WHTC测试循环下触发主动再生,循环结束后DPF碳载量计算结果和测量结果分别为0.32,g/L和0.39,g/L,二者之间的偏差在0.07,g/L左右.     

柴油机新型排气微粒捕集技术的研究

研究了一种新型的柴油机排气微粒捕集器——燃媒剂再生微粒捕集器。通过大量的柴油机台架试验．分析了该微粒捕集器对CA6DL1-28柴油机的动力性、燃油经济性以及排放性能的影响,并结合大量的实验数据分析了微粒捕集器的强制再生过程。实验结果表明,该微粒捕集器具有同类其他产品无法比拟的良好特性,同时也为该方法对国产发动机的适应性提供了依据。     

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。     

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。     

自净式柴油机微粒捕集器的开发

一种旋转自净式柴油机微粒捕集器已开发成功,并与一台单缸柴油机的排气相连进行了试验。这种捕集器无需烧掉微粒的热再生。它具有连续的自净过程,因而左再生过程中不再出现捕集器材料破裂等故障。被捕集的微粒被与排气流向相反的压缩空气流吹出捕集器,并收集在一个纤维过滤袋中。在柴油机大负荷工况下进行了初步试验。试验表明,虽然要对捕集器作进一步的改进来提高其耐久性,但该捕集器可有效地滤除微粒。还可利用数字模拟技术研究捕集器总成内的气流型式并对捕集器进行辅助优化设计。     

基于气流引导的碳化硅CDPF主动再生温度特性

基于后处理系统的导流装置,采用模拟和试验对不同封装结构下的载体温度特性进行研究．结果表明：碳载量为6 g/L时,原机方案下喷油点火主动再生过程中的峰值温度和最大温度梯度分别为1 239℃和124.9℃/cm,造成柴油机颗粒捕集器(DPF)载体热熔失效和热应力失效．加装导流装置后,载体内部的速度、温度分布较均匀,其中,高开孔率方案的速度均匀性系数达到了0.967．碳载量为6 g/L时,高开孔率方案下采用喷油点火和喷油助燃两种主动再生方式,载体内部的再生峰值温度均出现在载体后段位置,且中心温度高于外缘温度,分别为845.5℃和597.8℃,最大温度升高速率和温度梯度分别为14.9℃/s、31.78℃/cm和8.7℃/s、4.37℃/cm,温度升高速率及温度梯度较原机均大幅降低,能够保证载体在主动再生过程中高效安全．     

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...     

汽油机颗粒捕集器再生平衡状态的仿真研究

使用流体仿真软件AVL-FIRE建立了缸内直喷汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter,GPF)的数值模型,并根据相关试验数据验证了模型的准确性。模拟计算了不同排气参数下的GPF压降及积炭量,以此分析了排气氧浓度、NO浓度及排气温度等参数对GPF再生平衡状态的影响。结果表明:氧浓度越高越有利于达到再生平衡状态,在排气温度为800K的条件下,当氧气的质量分数为2%时,GPF不能达到再生平衡状态,当氧气的质量分数由2%增加到7%时,GPF可达到再生平衡状态。NO浓度对GPF压降有较大的影响,在排气温度为800K及氧气的质量分数为7%的条件下,当NO的质量分数由0增加到0.2%时,再生平衡状态下GPF的压降减少了11.6%。升高排气温度有利于GPF达到再生平衡状态,在氧气质量分数为2%的条件下,当排气温度由800K增加到1 000K时,GPF可达到再生平衡状态。     

柴油机排气微粒捕捉器燃气再生技术的研究

提出了一种新的柴油机排气微粒捕捉器的加热再生技术 ,即利用燃气与排气中的氧气燃烧清除微粒捕捉器中沉积的微粒 ;根据液化石油气的物化特性和排气中的含氧量 ,对这种方法的可行性进行了理论分析和试验验证 ;研制了一种以液化石油气为再生燃料的柴油机排气微粒捕捉器 ,并对燃气流量、过滤体内的微粒沉积量以及再生时间等影响因素进行了台架试验研究。     

缸内直喷汽油机微粒捕集器结构参数仿真优化研究

缸内直喷汽油机混合气形成方式与柴油机类似,均在燃烧室内喷入燃油形成混合气。该特点决定了其尾气中存在相对较多的微粒。作为处理发动机尾气中微粒的一种有效方式,加装微粒捕集器可以明显降低整车微粒排放。本文结合发动机台架试验结果针对性地运用GT-POWER仿真软件对微粒捕集器结构参数进行仿真优化,分析了微粒捕集器载体孔隙率和微孔平均直径等参数对微粒捕集过程的影响。优化后的载体具有较高的微粒捕集效率,并且具有较低的排气背压。为深入研究微粒捕集器微粒捕集过程和产品设计开发奠定理论基础。     

车用柴油机排气微粒后处理器的开发

开发了一种用于市内公共汽车的6120Q型柴油机的排气微粒后处理器。后处理器用泡沫陶瓷作为微粒捕集介质,保证净化效率在50％以上。鉴于我国市内公共汽车柴油机的平均排气温度很低,在捕集器的前端装了一个燃烧器,定期对陶瓷滤芯进行热再生。文中介绍了微粒捕集器和再生燃烧器结构发展的沿革,特别是再生系统的工作和性能。     

一种柴油机排气微粒喷油助燃再生装置设计与试验研究

设计了一种柴油机排气加热装置.该装置的创新点在于从柴油机涡轮增压器取出新鲜二次空气供给燃烧器燃烧,加热排气.以BJ493ZQ3增压发动机为试验用发动机,将该装置加装在柴油机排气管尾端,应用于微粒捕集器喷油助燃再生中,对该装置应用的可行性进行了论证,对其加热能力进行了试验研究.试验表明,该排气加热装置能在发动机较大工况范围内快速加热排气到500℃以上,有效燃烧微粒使捕集器可靠再生,同时易于车载,较好解决了微粒捕集器热再生存在的问题.     

柴油机微粒捕集器流通性与微粒加载特性数值模拟

使用AVL-Fire软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维计算模型,模拟DPF内的压降损失、深层微粒沉积、滤饼层微粒沉积和总微粒沉积特性.研究不同的排气流量、排气温度、初始灰分、灰分分布和微粒分布对DPF流通性与微粒加载特性的影响.结果表明:在微粒加载过程中(考虑微粒再生的影响),DPF压降主要由壁面压降损失、微粒深层...