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。     

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.     

灰分对柴油机颗粒捕集器性能影响研究综述

分别从柴油机颗粒捕集器(DPF)灰分的成分、来源及性质,灰分对DPF压降、过滤效率和再生过程的影响,及DPF清灰方法等方面进行了综述。已有研究结果表明:润滑油添加剂是DPF灰分的主要来源;润滑油配方、灰分沉积形态及DPF载体结构不同时,灰分对DPF压降的影响效果会有所不同;灰分在DPF中的沉积一般会提高DPF的过滤效率,但会恶化催化型DPF(CDPF)的被动再生效果,影响DPF主动再生频率和DPF主动再生时的温度;重型柴油车DPF需要定期清灰,压缩空气反吹法是目前使用最广泛的DPF清灰方法。     

颗粒捕集器中沉积灰分对柴油机非常规污染物排放影响研究

针对柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)与催化型柴油机颗粒捕集器(catalyst diesel particulate filter,CDPF)组合的后处理系统,研究了在CDPF中沉积灰分对柴油机排气中醛酮污染物类、苯系污染物的影响。研究结果发现,随着沉积灰分的增加,CDPF前苯系污染物排放呈现U形变化趋势,在各个工况下,CDPF后排气中苯系污染物排放量与CDPF前相比均明显升高,苯系污染物各组分的排放量变化程度不同;存在灰分时,CDPF前的醛酮类污染物排放量与新鲜状态相比有明显增加,但CDPF后醛酮类污染物排放量呈明显下降趋势,并且醛酮类污染物物种发生变化。     

非对称孔结构载体对DPF及柴油机性能的影响研究

运用GT-Power建立柴油机整机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particle filter,DPF)的模型,研究非对称孔道结构DPF的压降特性及其对柴油机整机性能的影响。研究结果表明:随着进/出口孔道比例增加,碳烟容量增大,DPF压降降低,但过度增大进/出口孔道比例会使出口孔径过小而造成压降升高;柴油机加装洁净DPF时,柴油机各项性能指标随进/出口比例增加而降低,但随着DPF碳烟和灰分沉积量的增加,柴油机各项性能指标随进/出口比例增加均有所改善。DPF进/出口孔道比例为1.3时,柴油机综合性能最佳。     

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%。     

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...     

柴油机DPF孔道内积碳层的运动及分布特性

为研究积碳层对柴油机颗粒捕集器(DPF)堵塞失效的影响,采用连续流体介质与固体颗粒层离散元耦合的方法,结合DPF可视化试验加以验证,研究DPF孔道内不同形状、尺寸和厚度的积碳层运动以及分布．结果表明：积碳层表面积越大,发生拥塞的位置越靠近孔道后段;圆形轮廓的积碳层易于相互堆叠,三角形轮廓的积碳层拥塞段会集中于孔道中段,正方形轮廓的积碳层拥塞段的结构较为稳定．积碳层长度与DPF进口孔径比例为0.5时,拥塞段的密度与长度会明显增加,但是拥塞段的稳定性会降低．随着积碳层厚度增加,拥塞段的位置会靠近孔道前段．     

载体配比及灰分对DPF压降及内部流场的影响

基于D30 TCI柴油机耦合氧化催化器(DOC)和柴油机颗粒捕集器(DPF)的试验台架,对3种不同结构DPF开展压降特性试验.并构建了DPF一维仿真模型及三维1/4孔道模型,研究了载体配比、载体孔密度对DPF压降及捕集特性的影响及载体配比及灰分沉积对DPF孔道内部气流运动及颗粒沉积特性的影响.结果表明:同一 DPF配比...     

机油灰分对柴油机DPF性能影响的分析

随着排放法规的日益严格,要满足我国柴油车的国Ⅳ排放法规,DPF的使用是一个必然的举措。为满足柴油机的润滑性能,需要在机油中加入大量的金属添加剂,这些成分是致使机油中灰分生成的主要因素。机油中的灰分添加剂会致使DPF性能下降,因而针对DPF对机油灰分添加剂的研究,具有重要的意义。     

带微粒过滤器的发动机排气噪声特性研究

采用Sysnoise软件对简化的微粒过滤器模型进行了热态下的三维数值模拟计算,得到了微粒过滤器各部分传递矩阵。利用传递矩阵法计算了微粒过滤器热态下的插入损失,并在半消声试验室中搭建了发动机试验台架,测试了发动机在标定工况和怠速工况下微粒过滤器的插入损失,测试与计算结果的对比分析验证了声学模型的正确性。研究结果表明:微粒过滤器对高频排气噪声具有明显的衰减作用,黏性对噪声衰减也有较大的影响。     

柴油机加装柴油机氧化催化器和催化型颗粒捕集器装置性能评定试验研究

为了研究加装柴油机氧化催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)装置的柴油机性能,探讨DOC与CDPF的净化效率和再生特性随试验循环数的变化规律,搭建了柴油机高原试验台,并按13试验循环进行了性能评定试验。结果显示,在全负荷工况下,随着试验循环数的增加,发动机的进气量、转矩、功率和油耗均比未装DOC和CDPF的原机略有下降。同时,在排气后处理装置的后端,烟度和CO排放均趋向零,而NO₂排放增加,NO排放减少。将第1试验循环与第13试验循环进行比较后可以发现,DOC和CDPF的前端温度均比后端低,而排气后处理装置经13试验循环后仍具有较高的净化效率。与原机相比,加装排气后处理装置的发动机,经性能评定试验后的外特性有所下降,但在排气后处理装置后端的烟度和CO排放趋近于零,而NO₂/NO比例随发动机转速增加先升后降。此外,DOC和CDPF的后端温度低速时上升明显,后随转速升高而降低,直至趋于稳定,而CDPF的压差随转速增加先升后降。此时,捕集效率和再生效率仍保持较高水平。     

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.     

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.     

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。     

EGR+DPF系统降低柴油机的排放

柴油机具有良好的动力性和经济性,汽车柴油机已成为发展趋势,但柴油机NOx和颗粒(PM)的高排放成为制约柴油车发展的因素之一。随着机动车排放法规的日益严格,降低NOx和颗粒的排放成为现阶段柴油机汽车的主要研究课题。废气再循环(EGR)技术是现今降低柴油机NOx排放的有效方法之一,应用颗粒捕集器(DPF)可以有效的降低尾气中颗粒的排放。本文介绍了EGR技术和DPF技术的原理、特点,对不同工况下EGR对NOx排放进行了分析,同时对不同工况下颗粒捕集器的再生效率进行了研究,结果表明适宜的EGR率和颗粒再生效率才能同时降低柴油机NOx和PM的排放。