气流特征对柴油机微粒捕集器微波再生的影响研究

柴油机微粒捕集器过滤体再生时,流过过滤体的气流特征对再生过程有重要影响.根据泡沫陶瓷过滤体微波再生的特点,建立了一个适用于圆柱形过滤体的二维微波再生数学模型.模型中考虑了过滤体微波再生时气流与过滤体、碳烟微粒之间的对流换热、微波能量在过滤体空间的再分布和衰减变化、碳烟颗粒在过滤体空间的分布不均匀性等主要因素.使用该数学模型研究了尾气中含氧量、流速、温度等物性参数对过滤体再生时间和再生效率等再生特性的影响,计算结果与试验结果吻合良好,说明所建立的数学模型合理,能满足工程应用要求.研究结果揭示了泡沫陶瓷过滤体微波再生过程中的一些重要特征和规律,为微粒捕集器的设计和优化提供了依据.     

柴油添加剂和微粒捕集器的协同性分析与研究

柴油添加剂可以降低发动机燃烧室内的碳烟生成,而微粒捕集器则能有效控制柴油机尾气中微粒排放。对柴油添加剂种类、微粒捕集器过滤体材料和微粒捕集器的再生方法分别作了介绍,并着重对柴油添加剂促进微粒捕集器再生的机理和存在的问题进行了分析和研究。     

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(耂虑微粒再生的影响),DPF压降主要由壁面压降损失、微粒深层压降损失和微粒滤饼层压降损失组成,壁面压降损失呈现主要作用;当排气温度超过610 K时,壁面压降上升速率与深层压降上升速率之和大于滤饼层压降上升速率;升高排气温度和增加初始灰分,DPF压降损失增加;增加排气流量,深层微粒沉积速度和滤饼层微粒沉积速度加快,导致DPF压降损失增加;层状灰分对DPF压降损失升高作用大于堵塞段灰分;微粒在入口孔道表面呈抛物线分布(最小在DPF载体中间)时DPF压降最小;提高排气温度,有利于微粒与O_2迚行再生反应,但C与NO_2反应速率没有明显变化;当排气温度升高到710 K时,深层微粒沉积量先上升后下降,滤饼层微粒沉积量先保持不变后缓慢上升.     

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DPF孔道气相流场及噪声特性分析

利用数值模拟(CFD)软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)孔道三维模型,对孔道内气体流动情况进行计算;通过建立加装DPF的一维整机仿真模型,结合孔道流场分布特性,分析不同转速工况下DPF载体及加载不同碳烟量对其噪声特性的影响.结果表明:各入口流速下,流速分布在DPF进气孔道内呈现从中心径向递减、从始端轴向递减趋势,且后段出现波纹状流速突变区;排气孔道流速分布趋势与进气孔道相反;进气孔道内压力分布相对均匀;排气孔道前中段压力分布较均,在低流量下中后段呈轴向递减趋势,高流量下在后段出现骤增.高转速工况下DPF气动再生噪声量大于低转速工况;深层碳烟在较高转速工况下对DPF噪声的影响更显著,A计权声压级降幅可达2 dB以上;碳烟饼层在较低转速工况下对DPF噪声特性影响更大.     

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...     

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...     

柴油添加剂和微粒捕集器的协同性分析与研究

介绍了柴油添加剂种类、微粒捕集器过滤体材料和微粒捕集器的再生方法,并着重对柴油添加剂促进微粒捕集器再生的机理和存在的问题进行了分析和研究.     

改进的动力学模型对DPF热再生过程的影响

针对柴油机颗粒捕集器的再生过程建立了数学模型.考虑到颗粒在反应过程中比表面积变化对反应速率的影响,通过热重分析仪上的等温氧化实验和程序升温实验,求得了柴油机碳烟颗粒氧化的比表面积变化函数和动力学参数,建立了碳烟氧化的反应速率方程.通过数值模拟将本模型与传统的Bisset-Konstandopoulos模型(B-K模型)进行对比,结果表明,由于采用了更符合碳烟氧化过程的反应方程,本模型计算得到的再生时间短、最大壁面温度高、最大壁面温度梯度大,而B-K模型计算结果高估了再生时间,低估了最大壁面温度和最大壁面温度梯度,不利于再生过程的安全性和经济性分析.     

扩张管结构参数对柴油机微粒捕集器工作特性及再生影响研究

对不同扩张管条件下柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)内部的气流流动、微粒沉积及再生过程进行了数值模拟,研究了扩张管对DPF内部气流流动、微粒层厚度分布及再生特性的影响规律。研究结果表明:适当增大扩张管的扩张角有利于加快再生反应速率并降低再生时DPF内轴向最大温度梯度,但过大的扩张角会导致DPF内部气流流动、微粒层厚度及再生时DPF壁面温度的均匀性变差,同时导致再生时DPF壁面最高温度升高,径向最大温度梯度增大。     

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.     

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.     

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。     

柴油发动机尾气微粒捕集器

一种能有效清除柴油机尾气黑烟的新产品——柴油发动机尾气微粒捕集器最近已在广州研制成功。 这种柴油发动机尾气微粒捕集器能够把80％以上的碳烟微粒过滤掉。它的工作基本原理是:柴油发动机排出的含有炭粒的黑烟,通过专门的管道进入发动机尾气微粒捕集器,经过其内部密集设置的袋式过滤器,将碳烟微粒吸附在金属纤维毡制成     

模拟碳烟在DPF过滤壁面上沉积特性的试验

基于可视化单通道试验台架,采用固体颗粒发生器产生来流颗粒使颗粒均匀沉积到柴油机颗粒捕集器(DPF)过滤壁面上,使用激光位移传感器在线测量过滤壁面上颗粒层厚度和电镜离线观测颗粒层形貌与结构,对碳黑颗粒特性和灰沉积量在DPF过滤壁面上的沉积过程开展研究.结果表明:针对颗粒层厚度曲线,沉积过程可分为深床期、长树期、搭桥期及颗粒层期;而针对过滤压降曲线分为深床期、过渡期和颗粒层期.随壁面过滤速度增大,过滤压降增大,颗粒层厚度增大,形成的颗粒层越致密,且厚度曲线进入颗粒层期的厚度从15μm增加至约30μm.在固定的壁面过滤速度工况下,由于碳黑颗粒特性存在差异,颗粒自身团聚程度越高(SB4AFW200PU),对应的最终过滤压降和堆积密度越大.在有灰沉积的工况下,随着灰沉积量从0 g/L增加至6 g/L,沉积碳黑颗粒时,DPF的初始压降增大,但最终过滤压降和碳黑颗粒层的堆积密度呈先减小后增大的趋势,尤其在灰沉积量为2 g/L时同时达到最低.     

柴油机DPF流场压降及微粒沉积特性数值模拟

运用AVL-FIRE软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维模型,模拟柴油机微粒捕集器内部压降和微粒沉积特性.针对DPF不同排气流量、进口温度、微粒沉积量及分布类型,对DPF压降特性进行模拟,并着重研究非对称孔结构(ACT)和灰分沉积量及分布形式对DPF压降和微粒沉积特性的影响.结果表明:随着DPF排气流量、进口温度、微粒沉积量和灰分沉积量的增加,DPF的压降增大,且DPF压降变化与进口温度呈非线性关系;沿DPF轴线方向,微粒沉积量呈先减小后增大趋势;"逐渐减少"型微粒分布形式压降损失较小,且再生速率较快.灰分在壁面上的层状分布对DPF压降和微粒沉积影响较大;非对称孔结构有利于降低DPF压降和提高微粒沉积能力,从而延长DPF寿命.     

柴油机壁流式过滤体灰烬滤饼沉积流动阻力特性

根据灰烬滤饼沉积规律,结合单孔道模型,建立了壁流式过滤体灰烬滤饼沉积数学模型.该模型综合考虑了灰烬深床沉积和灰烬滤饼沉积阶段灰烬分布的影响,研究了灰烬滤饼沉积阶段过滤体流动阻力特性,包括各项流动阻力对总流动阻力的影响程度、流动阻力随灰烬分布的变化以及流动阻力随灰烬沉积量的变化.结果表明:过滤壁面流动阻力的影响程度最大,灰烬层流动阻力次之;沉积量为定值时,随灰烬堵塞段比例的增加,过滤体流动阻力逐渐降低;随灰烬沉积量的增加,过滤体流动阻力呈线性递增.计算结果与试验结果较为吻合,表明该数学模型能够较合理地描述灰烬滤饼沉积阶段流动阻力的特性.     

柴油机颗粒过滤器工作过程中捕集颗粒物的试验研究

对柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)进行了颗粒物(particulate matter,PM)在线捕集试验。通过发动机废气排放颗粒物粒径谱仪EEPS-3090分析了DPF对不同粒径PM的捕集特性;通过扫描电镜仪和热重分析仪探究了DPF前后端PM的堆积形貌及氧化特性。研究结果表明:DPF对大粒径颗粒物的捕集效果优于小粒径颗粒物,聚集态颗粒物基本被DPF完全拦截;DPF孔道过滤壁面的深层碳烟减小了微孔孔径,随着采样时间的增加,DPF对PM的捕集率升高。柴油机排气流经DPF后,逃逸出少量PM,以核态颗粒物为主。与DPF前端相比,后端PM的挥发性组分含量升高,元素碳的含量下降,氧化活性增强。     

热老化温度对碳烟氧化活性的影响

由于炽热尾气长时间冲击,柴油机微粒捕集器(DPF)中的沉积碳烟颗粒会发生热老化.本文通过改变惰性气氛下的温度,研究热老化对柴油机碳烟颗粒微观物理化学特性和氧化活性的作用规律.结果表明,随热老化温度的升高,氧化反应特征温度和表观活化能表征的碳烟颗粒氧化活性逐渐降低;氧化活性的降低来源于碳烟颗粒物理化学特性的改变,即微晶尺寸增大,微晶曲率和层间距减小,以A_D1/A_G值表征的石墨化程度提高,而以I_C—H/I_C=C峰高比表征的脂肪族C—H表面官能团相对含量降低.此外,柴油机碳烟颗粒微观结构、表面C—H官能团相对含量与碳烟氧化活性具有良好的相关性,其中微晶曲率对氧化活性影响最大.     

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.