多孔介质微观结构对柴油机颗粒捕集器性能影响的模拟探究

为了优化柴油机颗粒捕集器的捕集、压降性能,本文基于孔径概率密度函数和孔隙率分布函数建立了二维柴油机颗粒捕集器孔道微观结构模型,考虑了拦截机理和扩散机理用以计算颗粒在过滤器中的沉积分布情况和捕集效率。计算结果表明:多孔介质微观结构和入口速度对颗粒捕集效率的影响与粒径有关,100 nm粒径颗粒随流速增大初始捕集效率降低最为明显,1000 nm粒径颗粒在不同均匀性的过滤壁下的捕集效率差超过了30%;孔径分布函数方差越大,颗粒就会更多地分布在过滤壁前端,捕集效率也越高,但较大的孔径方差会导致捕集器的初始压降增大和捕集过程结束时的性能出现恶化。

煤基燃料燃烧颗粒物对颗粒捕集器沉积过程的影响

探讨了柴油机燃用代用燃料后,排气颗粒物结构特征的变化规律。依据柴油机台架试验,使用0%、5%、15%甲醇掺混比的F-T(Fischer–Tropsch)合成柴油,在标定工况下采集颗粒。用同步辐射小角散射分析方法测量颗粒物摩擦力、粒径等参数。基于实验数据,在EDEM软件中建立颗粒模型,模拟了颗粒碰撞沉积过程。结果表明:随甲醇掺混比的增加,甲醇、F-T柴油燃烧颗粒间摩擦力增加0.6 N,平均粒径增加2.44 nm。沉积过程中,颗粒捕集器(DPF)单元体非迎风面的沉积量急剧增加;颗粒沉积效率随沉积时间的增加而增加;随摩擦力增大、粒径增大,颗粒层厚度及颗粒链长度也随之增加。甲醇掺混比的改变使得颗粒整体向更多、更细的方向变化,燃料类型及掺混比的改变显著影响了颗粒在DPF载体上的沉积状态。

采用柴油机颗粒捕集器的最大碳载量性能试验研究

大碳载量下,不正常再生导致的催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter, CDPF)载体高温烧熔或开裂是CDPF失效的主要原因。针对这一问题,采用燃烧器台架对CDPF进行最大碳载量测试。对堇青石CDPF和碳化硅CDPF进行不同碳载量的降怠速测试,不断提升碳载量直至CDPF失效。通过对CDPF内部温度分布、颗粒物数量(particulate number, PN)排放特性及失效程度进行分析,得到CDPF的最大碳载量。结果表明:在5 g/L碳载量下再生时,堇青石内部最高温度为1 163℃,超过安全再生温度,碳化硅内部最高温度为1 050℃;随着碳载量的提升,最高温度及最大温度梯度变大,虽然在超过安全再生温度下,载体存在某种程度的开裂,但不影响PN过滤性能,堇青石的开裂是从边缘向中心移动,碳化硅开裂是从中心向四周移动;当碳载量持续增加至8 g/L时,碳化硅载体的PN排放值相比全新载体提升了6倍,达到14.0×10^(11)(kW·h)^(-1),已不具备过滤能力。试验得到了CDPF再生时的安全碳载量限值,可为实际CDPF应用中安全再生提供参考。

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。

柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料匹配催化型颗粒捕集器的排放特性研究

使用柴油和聚甲氧基二甲醚(polymethoxy dimethyl ether,PODE)混合燃料进行了柴油机催化型颗粒物捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的排放特性试验,研究分析了添加PODE对CDPF的过滤效率及CDPF前后端NO_(x)、CO_(2)和颗粒物排放变化的影响。结果表明:加入PODE提高了CDPF对颗粒物的过滤效率,使用90%体积分数的柴油与10%体积分数的PODE掺混(D90P10)可使CDPF的平均过滤效率提高3.6%。CDPF对核态颗粒物的过滤效率低于86.39%,CDPF对聚集态颗粒物的过滤效率高于91.32%,CDPF对核态的过滤效率低于聚集态。CDPF对不同粒径颗粒物的过滤效率不同,且随颗粒物粒径的增加而增加。两种燃料下,通过CDPF后的颗粒物的几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)均减小,NO_(x)排放降低,CO_(2)排放增加。

国Ⅵ柴油机颗粒捕集器性能仿真研究

以提升柴油机颗粒捕集器(DPF)的性能为目的,该文运用AVL-Boost软件建立柴油机后处理仿真模型,并对其可信性进行验证分析,通过分析孔目数、壁厚、直径与长度对DPF压降特性的影响,并基于DPF捕集机理,分析了排气参数和孔隙率等对DPF捕集效率的影响。结果表明:当碳载量一定时,增加孔目数、减少壁厚与长径比,有利于降低DPF压降;在一定范围内减小微孔直径与排气流量可以提高DPF捕集效率;在结构参数中,孔隙率对捕集效率影响最大。应用响应面分析对DPF结构参数进行优化,结果表明:当孔密度为0.62,壁厚为0.19mm,长度为288.39mm,直径为163.64mm,孔隙率为0.28时,DPF综合捕集效率能够保持在98%以上。

直喷汽油机高效颗粒捕集器技术及控制策略研究

为了适应国家排放法规对汽油直喷发动机颗粒物监测粒径逐渐减小的要求,根据汽油直喷发动机排放开发目标,设计不同的汽油机颗粒捕集器(GPF)技术方案,通过发动机台架试验、转毂试验的测试选型确定捕集效率高、背压小的最优方案。建立了基于发动机原排和压差的GPF控制策略,结合GPF测试选型数据标定GPF碳载量模型、再生效率模型等,实现再生工况识别并协调再生控制。通过WLTC排放循环验证GPF控制策略,最优方案的捕集效率满足排放开发目标,有效降低了汽油直喷汽油机的颗粒物排放。

催化型连续再生颗粒捕集器对柴油公交车尾气颗粒物影响的研究

运用颗粒数量及粒径分析仪与单颗粒气溶胶质谱分析仪研究了柴油公交车安装催化型连续再生颗粒捕集器前后的尾气颗粒物浓度与成分特性。试验结果表明:催化型连续再生颗粒捕集器能有效降低尾气颗粒物排放率与排放因子,且对核态颗粒的效果优于聚集态颗粒。安装前,尾气颗粒物种类主要为Na KCa_Nitrate、EC、PAH_OC_S-N、EC_Nitrate等,占总颗粒的85%;安装后,尾气颗粒物种类主要为K_S-N、Na K_Nitrate、OC_N-P、EC_S-N等,占总颗粒的80%。催化型连续再生颗粒捕集器能有效降低尾气颗粒物中的EC、OC与PAH成分,但促进了硝酸盐与硫酸盐的生成。

汽油机颗粒捕集器(GPF)台架性能研究

文章讨论了台架颗粒捕集器(以下简称GPF)原排标定、定温定氧燃烧模型、断油燃烧模型、不同碳量的燃烧速率、最大碳量的标定方法;并呈现了匹配某款发动机的GPF标定数据。文中提到了趋势法、仿真法对模型标定进行数据分析和优化,优化工作流程的同时保证整车标定模型准确度,降本增效,也为应对未来更严格的排放法规(例如正在研讨的国Ⅶ和欧Ⅶ)做技术积累。

碳烟累积对汽油机颗粒捕集器性能的影响

文章简单介绍缸内直喷汽油机内颗粒物的生成机理、汽油机颗粒物捕集器的结构、工作原理,综述GPF内碳烟累积对GPF捕集效率、背压和再生性能的影响,并对GPF未来的发展进行展望。

颗粒捕集器炭烟加载过程试验研究

基于整车实际工况研究了排气热管理措施对颗粒物排放的影响,以及瞬态工况对颗粒物排放的影响。创建台架加载循环,并在不同行驶工况下进行颗粒捕集器(DPF)炭烟加载试验。结果表明:排气热管理系统增加了炭烟排放,同时提高了排气温度;油门的变化速率越快,排气中测得的瞬时炭烟质量浓度越大;使用城市工况加载,DPF中炭烟沉积质量呈线性上升;使用郊区工况加载和高速工况加载,DPF中炭烟沉积质量平衡在固定点,高速工况连续再生效率最高。

汽油机颗粒捕集器驻车再生试验方案研究

本研究在颗粒捕集器为空载的情况下,针对不同的发动机转速进行完整的驻车再生试验。再通过发动机台架,或者在整车上进行快速累积碳颗粒至汽油机颗粒捕集器中,模拟汽车碳颗粒累积过多导致限扭的工况。最后再进行碳颗粒满载情况下的驻车再生试验,根据再生后的剩余碳量选择最为合适的驻车再生转速。结果显示:通过控制驻车再生的转速和再生时间,一方面可以保证碳颗粒被充分进行再生,有效地减小再生试验过程中的燃油损耗;另一方面较低的再生转速和较短的再生时间更为用户所接受。

不同涂覆配方对缸内直喷发动机颗粒物捕集器性能的影响

为探讨不同涂覆配方对缸内直喷(GDI)发动机在颗粒物捕集器试验中的性能影响,采用台架标定系统PUMA软件对某GDI发动机不同涂覆颗粒物捕集器样件(GPF-A、GPF-B)进行台架试验,试验中未对发动机进行任何改动。试验结果表明:GPF-A、GPF-B的压差基本一致;在颗粒物捕集器温度为650℃下,随着氧流量的增加,GPF-A、GPF-B的燃烧速率均明显升高,且在相同氧流量下,GPF-A的燃烧速率较高;在氧质量流量为500 mg/s下,随着颗粒物捕集器温度的增加,GPF-A、GPF-B的燃烧速率均明显升高,且GPF-A的燃烧速率较高;GPF-A、GPF-B在700℃断油后的内部温度场变化较为一致,GPF-A在断油18 s后从初始温度710℃上升到最高温度960℃,而GPF-B在断油24 s后从初始温度705℃上升到最高温度942℃;发动机在台架中等负荷(70%额定负荷)、中等转速(3 000 r/min)的工况下运行相同时间,GPF-A捕集的载碳量较小,说明在此工况下,GPF-B的捕集效率优于GPF-A。

可拆卸式柴油机尾气颗粒捕集器研制及安装

提出了适用于柴油车控制尾气排放的颗粒捕集器,并研制出可拆卸的结构装置,使其具有拆卸方便、滤芯更换简单等优点,提高了柴油车尾气微粒捕集器的使用率。同时,以"时风180"农用车为例,设计出适合柴油车尾气颗粒捕集器的安装方式,对柴油车的使用推广及尾气净化具有重要意义。

汽车尾气排放系统中颗粒捕集器用传感器的应用分析

文章分析了轻型汽油机汽车尾气排气系统中传感器应用的原理;为了使尾气排放达到法规限值的要求,研究了汽油机尾气相关成分,排气系统典型结构,流体模型分析,以及尾气系统各模块相对位置等,采用了压差传感器(DPS)和高温传感器(HTS)配合,以达到GPF碳载量检测和GPF再生策略的制定,最终实现满足排放法规限值的要求。

IBIDEN公司的颗粒捕集器(DPF)

IBIDEN公司的颗粒捕集器(DPF)是与法国标致·雪铁龙(PSA)汽车公司、法国罗迪亚化学制造公司合作开发的产品,该公司大垣工厂每月生产DPF 20000台,年产24万台,用于柴油机轿车的排气净化处理.

柴油颗粒捕集器(DPF)的最新技术进展(一)——DPNR问世

车用柴油机由于具有良好的燃油经济性和动力性,因此,在欧洲,柴油机轿车一直以不断增长态势向前发展.预计到2005年欧洲轿车中新柴油机车型将超过40%.

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。

柴油机颗粒捕集器再生时机的研究

提出了确定柴油机颗粒捕集器再生时机的主要原则,同时比较了不同的再生时机判断方法的特点,对过滤体的压力损失进行了数值模拟和试验研究。基于过滤体压力损失模型,根据排气流量、温度和背压计算颗粒沉积量,提出了新的再生时机判断方法。研究表明,在不考虑具体再生控制策略的前提下,堇青石过滤体的累积颗粒物的限值为4g/L,而SiC过滤体为8g/L。

基于GT-Power柴油机颗粒捕集器捕集性能的仿真研究

利用GT-Power软件建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)仿真模型,进行了仿真计算。研究了颗粒捕集器本身结构参数对其捕集效率与压降的影响。结果表明,影响颗粒捕集器捕集效率的主要参数有通道密度(CPSI)、过滤体孔隙率、过滤体微孔直径以及过滤壁厚度;影响颗粒物压降的主要参数有通道密度、过滤体渗透率、过滤体孔隙率以及过滤壁厚度。