基于正交试验设计的载体结构对柴油机颗粒捕集器工作特性的影响研究

为降低柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的压降并提高捕集效率,建立了DPF压降与捕集效率的数学模型,基于试验设计和多项式逼近算法,系统地研究了载体配比(x1)、壁厚(x2)及载体孔密度对DPF性能的影响。结果表明:载体配比和壁厚对压降与捕集效率影响效果显著,当载体配比和壁厚分别处于(1.40,1.53)和(0.249,0.267)mm区间时,DPF压降处于较低水平,而捕集效率相对较高,在载体配比为1.52、壁厚为0.264 mm时,压降达到最小值为4.2 kPa,捕集效率为90.28%。通过多项式逼近算法得到了压降模型和捕集效率模型的显示表达式:压降模型Y=51.19+3.815x_(1)-8.726x_(2)+3.794x_(1)^(2)-1.735x_(1)x_(2)+0.524x_(2)^(2);捕集效率模型Y=0.383+0.105x_(1)+0.085x_(2)+0.032x_(1)^(2)-0.016x_(1)x_(2)-0.0032x_(2)^(2)。DPF压降和捕集效率模型具有良好的预测精度和拟合度,压降和捕集效率的均方根误差分别为0.0110、0.0002,压降和捕集效率拟合优度分别为0.9996、0.9985。

高原环境山区道路农用拖拉机掺烧生物柴油污染物排放因子类型量化研究

分析农用拖拉机在高原环境山区道路下行驶时掺烧大豆油B10(10%大豆油生物柴油+90%柴油)、B30(30%大豆油生物柴油+70%柴油)、地沟油W10(10%地沟油生物柴油+90%柴油)与柴油排放污染物的情况。结果表明:有效燃油消耗率(BSFC)随发动机转速升高而降低,而生物柴油油比例的提高会导致BSFC增加。此外,通过发动机功率、燃油消耗量、行驶速度及行驶时间4个方面,对农用拖拉机排放的CO、NO_(x)、CO_(2)及HC的排放因子进行了表征。在CO排放方面,与大豆油B10相比,大豆油B30的生物柴油油比例增加,基于发动机功率的排放因子下降了6.18%。大豆油B10、B30和地沟油W10基于发动机功率的排放因子与柴油相比分别降低了23.66%、24.13%和26.85%。在NO_(x)排放方面,掺烧大豆油B10与地沟油W10时,基于发动机功率的地沟油W10的排放因子比大豆油B10高6.24%;在CO_(2)排放方面,基于燃油消耗量的排放因子显示,大豆油B10、B30和地沟油W10均高于柴油,这表明掺烧生物柴油可促进更充分的燃烧,从而增加CO_(2)排放。在HC排放方面,基于发动机功率的生物柴油HC排放因子值均高于柴油,且基于发动机功率的HC排放因子是《非道路移动源大气污染物排放清单编制技术指南》推荐值1.52倍。随着生物柴油油比例的增加,基于燃油消耗量的HC排放因子也相应增加。

基于二次规划的智能网联汽车路径规划算法

针对结构化道路下自动驾驶车辆实时路径规划存在路径不稳定、曲率不连续、运算时间长等问题,提出一种基于二次的路径规划算法。从全局离散的导航路径中截取一段做平滑处理,构建Frenet坐标系;在离散的SL空间中用动态规划对车道内的障碍物做绕行决策,从而开辟可行驶区域;利用二次规划从可行驶区域中构建以安全性和舒适性评价指标为核心的代价函数,评价规划路径成本,选择能够最小化代价的最优路径。通过MATLAB/Simulink搭建算法框架,仿真实验结果表明,该算法在结构化道路的静态避障环境中规划出的路径平稳、曲率更小、运行时间快,相比较传统的Apollo算法更平稳可靠。

柴油机螺旋进气道直流段的正交优化设计

通过构建YN33柴油机气道-气门-燃烧室计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)模型,以涡流比和进气量作为评价指标,对柴油机螺旋进气道直流段的直流段上偏角、直流段下偏角、直流段长度这3个关键结构参数进行正交优化设计。结果表明:直流段长度对缸内涡流比、进气量的影响最大;直流段上偏角、直流段下偏角及直流段长度3个参数,分别取值82°、85°和69 mm时,可使缸内涡流比和进气量相对原机分别提高26.02%与5.50%;在此条件下,放热率峰值和累积放热量与原机相比分别增加了4.92%和8.29%。

单气道柴油机气缸内近壁面流场与不同截面涡流比分析

构建单螺旋气道柴油机的气道气门气缸的计算机辅助设计(CAD)模型,开展油流法稳流试验及不同截面涡流比测量,并进行计算流体力学(CFD)模拟,利用试验结果验证CFD计算,分析缸内近壁面的流场及气缸不同截面涡流比的变化。结果显示:采用质量比为8∶8∶3的甲基硅油、油酸、铝粉的油剂配方所显示的缸内近壁面流场信息最为清晰完整;距进气口最近的气缸内近壁面形成气流高流速区,高流速区面积会随着气门开度的增大而增加,在高流速区域气缸壁面润滑油膜厚度减小,存在磨损加剧的风险。在进气过程中,随着气门开度逐渐增大,缸内的涡流比会逐级提升;随着涡流比测量面逐渐远离缸盖,各测量面的涡流比逐渐降低。

进气道关键结构参数对缸内充量分层模拟研究

通过进气充量分层,实现缸内分层燃烧,将进气道的进气截面等分为进气道右上区(A区)、进气道左上区(B区)、进气道左下区(C区)、进气道右下区(D区)4个区域,分别通入4种不同示踪气体,研究进气在缸内的运动及分布规律。研究表明:D区进气贡献率最大,占27.3%,B区进气贡献率最小为22.4%;且在压缩上止点附近B区可以形成较为规则的环形分布,但在ω燃烧室靠近皮带轮一侧有较多的气体。通过对进气道3个关键结构参数,进气道偏转角、螺旋室高度、进气道偏心距研究得出结论:进气道偏转角为15°时,缸内涡流强度最大,在进气道偏心距为-2 mm时,缸内涡流强度最小;通过对进气道结构参数进行优化,在进气道偏转为15°时,B区进气浓度梯度差最大。

柴油机催化型颗粒捕集器喷油助燃再生特征

针对在用车辆的排放升级改造,以及满足非道路移动源四阶段排放标准限制要求,该文基于自主开发的喷油助燃主动再生系统,开展了加装DPF(diesel particulate filter)和不同CDPF(catalyzed diesel particulate filter)后处理器的发动机外特性试验和喷油助燃主动再生燃烧试验。结果表明:催化剂负载量为530g/m^3的CDPF,对外特性下发动机的动力性和经济性影响较小,并为碳烟再生提供了充足的NO_2组分,因而其最大排气压差比DPF低8.8kPa。630℃时无二次供气的CDPF其再生效率高达96.4%,载体最高温度比DPF低31℃;采用二次供气速率1.25L/s、时长180s,继续供气速率0.625 L/s、时长420 s的再生方案,600℃时CDPF的再生效率为83.2%,载体最高温度比无二次供气时降低了64℃;进行停机再生与怠速再生时,催化剂负载量为530 g/m^3的CDPF具有更好的再生特性,其停机再生效率为76.4%,怠速再生效率达到88.5%。本研究对开发安全、高效的主动再生系统具有借鉴意义,并可为催化条件下的主动再生策略研究提供数据支撑。

不同替代率生物柴油引燃天然气双燃料发动机的燃烧及排放过程三维模拟

以D19高压共轨柴油机为研究机型,构建了D19燃烧室网格模型,将3D-CFD数值模拟作为主要研究手段,利用AVL FIRE与生物柴油/天然气双燃料化学动力学机理耦合,对生物柴油引燃天然气双燃料发动机在不同天然气替代率条件下的燃烧与排放特性,展开了三维数值模拟研究。结果表明:随天然气替代率的增加,整个缸内速度场减弱,燃烧始点推迟,滞燃期延长,缸内温度降低,NO生成量和排放量降低,CO生成峰值降低,但其氧化量减少,导致CO最终排放量增加。