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。     

柴油机微粒捕捉器主动再生特性的计算与分析

对柴油机排气微粒捕捉器（DPF）的主动再生特性进行了研究,建立了DPF主动再生数学模型,具体分析了柴油机转速、排气中的氧气浓度、DPF的微粒沉积量、微粒的活化能以及柴油机排气温度等参数对DPF主动再生特性的影响。结果表明,通过适当推迟柴油机喷油提前角以提高其排气温度,并辅以燃油加剂或利用催化剂降低微粒的活化能,在适当的条件下,进行DPF的主动再生是可行的。     

柴油机DPF驻车再生排气热管理策略试验研究

在一台非道路国四高压共轨柴油机上,利用试验台架研究颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中不同排气热管理策略对氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度及排放的影响。结果表明,合适的再生转速、节气门关闭角度及喷油参数对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著。研究结果可以对柴油机DPF驻车再生排气热管理策略的制定和优化提供指导。     

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主动再生温度控制试验研究

由于柴油机运行工况条件复杂，中、低负荷工况下排气温度较低，无法满足柴油机颗粒捕捉器（DPF）主动再生的温度要求，因此需要对再生温度控制进行系统研究。研究了稳态工况下通过调节柴油机后喷油量、节气门开度对DPF内部温度控制的影响，以实现DPF入口温度满足主动再生的要求；同时研究分析降怠速（DTI）工况下不同炭载量载体再生时，DPF内部温度变化情况，以提高DPF主动再生过程中的安全性。结果表明：调节柴油机后喷油量、节气门开度，能够有效控制DPF内部温度，DTI工况下炭载量是影响DPF内部最高温度的主要因素。     

基于模型的DPF再生温度控制策略开发及验证

为精确控制柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的再生温度,避免因再生失控引起的DPF失效风险,在柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和DPF组成的后处理系统上建立基于化学反应动力学原理的DOC温度模型,在温度模型和再生温度控制算法的基础上设计DPF再生温度前馈及反馈控制策略;利用发动机台架测试数据进行控制策略联合仿真,对控制参数进行系统整定及优化;通过发动机台架瞬态及稳态工况测试,验证控制策略的实际应用效果。仿真和台架试验结果表明：DPF再生温度控制策略具有很好的动态性能及稳态性能,最大峰值温度及燃油喷射量均控制在限定范围,可确保DPF实现高效可靠的再生。     

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。     

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...     

DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)再生性能测试台架,研究了入口过渡段长度、再生温度和再生时间对其再生性能的影响,同时也探索了DPF再生时出口颗粒物数量浓度排放性能的变化规律.结果表明:随着过渡段长度的增加,再生效率和效能比先保持不变,后逐渐降低,继而又趋于稳定,DPF内部最高温度与最大温度梯度均呈逐渐降低的趋势.再生温度的增加会使再生效率和效能比先缓慢增加而后迅速增加,但DPF内部最高温度和最大温度梯度呈线性增加的趋势.碳黑沉积较为均匀时,再生时间的增加能够在一定程度上提高再生效率,提高再生温度将会出现再生时间拐点,且随着再生温度的增加,再生时间拐点提前,拐点之后继续增加再生时间,再生效率增加量较小.DPF出口颗粒物总数量浓度和粒径分布与其内部沉积的碳黑分布特性具有较大关系,无过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小的趋势,加装50 cm过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度逐渐减小.     

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。     

柴油机颗粒捕集器再生平衡仿真研究

建立了基于GT-Power的柴油机颗粒捕集器(DPF)仿真模型,通过模拟计算对DPF再生过程,排气流量、颗粒物载荷量对再生平衡点温度的影响进行了研究.首先通过对DPF再生过程的仿真验证了模型的正确性.对再生平衡温度的模拟计算结果表明:在一定排气流量或颗粒物载荷量下,DPF再生平衡点温度均在很小的区间内变动,即DPF的再生过程受温度影响很大,只在很小的温度区间内达到平衡,并且DPF再生平衡温度随着排气流量的增加而升高,随着颗粒载荷量的增加而下降.     

基于闭环的DPF主动再生温度控制策略研究

颗粒物捕集器(DPF)再生时,若DPF入口温度较低,再生不完全,再生效率低,若温度较高,易烧坏载体,不安全且使用成本较高,本文采用闭环比例积分微分(PID)控制方式,根据采集的DPF入口温度变化,通过实时改变燃油喷射量精确控制DPF入口温度,实现安全高效的DPF主动再生,并在发动机台架及整车试验中得到实际验证。     

DPF喷油助燃主被动再生系统电控单元开发

采用摩托罗拉16位单片机MC9S12XEP100,开发了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)系统电控单元,实现了柴油机控制器局域网络(controller area network,CAN)通信信号和DPF相关传感器的信号采集和执行器的驱动功能。根据主被动DPF再生系统要实现的功能指标,对基于DPF压差和柴油机燃油消耗量确定的再生需求控制策略、DPF需求再生触发控制策略及再生温度闭环控制策略进行详细阐述。进行了燃油喷射系统精度试验、DPF再生温度闭环控制和再生过程试验、再生完成控制试验。经过柴油机总成台架和整车测试,试验验证了DPF控制策的可行性,使柴油机尾气排放得到了良好控制。     

NTP技术降低柴油机PM排放及低温再生DPF的研究

针对柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)传统再生方法的缺陷,根据低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)放电理论,探索了NTP低温再生DPF技术。从化学反应动力学角度探讨了基于NTP技术的DPF再生反应机理,并利用现代测试分析技术研究了NTP对颗粒物(particulate matter,PM)质量粒径分布、微观形貌、碳结构及表面官能团演变的作用规律。建立NTP技术再生DPF的试验系统,对已捕集PM的DPF进行再生试验研究。通过监测PM的氧化分解产物CO、CO2的体积分数和DPF的内部温度,结合DPF的背压变化,研究不同再生初始温度下的PM氧化分解特性和DPF再生特性,并考察NTP技术对DPF再生的安全性。研究结果表明,NTP技术可有效分解柴油机排气中的PM,显著降低DPF的再生温度,且无需催化剂。这为DPF再生提供了新的研究途径。     

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．     

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.     

车用柴油机颗粒过滤器载体温度分布研究

在标定柴油机颗粒过滤器(DPF)再生温度的过程中,需要掌握DPF载体内的温度分布情况,然后根据温度分布及温度梯度,确定合适的再生目标温度及颗粒物的质量。通过试验的方法研究了回归怠速工况下的DPF载体温度场分布。结果表明:在怠速跌落工况(DTI)下,DPF载体内的最高温度基本出现在DPF载体径向中心线,且靠近DPF出口端面的位置处。在保持再生目标温度不变的条件下,DPF载体内的最高温度随着颗粒物质量的增加而升高,且到达最高温度点所需时间随着颗粒物的增加而缩短,然后当颗粒物增加到一定程度后,所需时间延长。     

灰分对柴油机微粒捕集器性能及再生的影响

针对柴油机微粒捕集器(diesel particular filter,DPF)再生的可靠性问题,分析DPF灰分的主要成分及来源,灰分在DPF中的沉积过程,灰分对DPF效率及再生过程的影响。分析表明灰分的主要来源是润滑油,为了满足柴油机润滑要求,润滑油中添加了大量的金属成分,产生大量的灰分影响DPF的再生过程。针对灰分的成分及沉积方式,提出使用低金属含量润滑油降低DPF灰分沉积、采用高压空气反吹作为DPF的主要清灰措施。     

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.     

再生温度和来流参数对柴油机颗粒过滤器再生和 过滤特性影响的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了不同再生温度和不同来流流量对柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)出口颗粒排放的影响。试验结果表明:加载量为2.5g/L时,DPF出口颗粒物出现一个颗粒数浓度波峰;加载量为5.0g/L时,DPF出口颗粒物出现两个数量浓度波峰。相同来流流量下,再生效率和总质量浓度随着再生温度的增加而增加;升温阶段出口颗粒物以核模态为主;再生阶段时,内部出现温度波峰且出口颗粒物以50nm以上聚集态颗粒为主。相同再生温度下,加载量为2.5g/L时再生效率和总质量浓度随着来流流量的增加而增加,升温和再生阶段出口颗粒物均以核模态为主;加载量为5.0g/L时再生效率和总质量浓度随来流流量的增加呈现先增加后减少的趋势,升温阶段出口颗粒物以核模态为主,再生阶段在大流量时有部分聚集态颗粒物排出。