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。

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。

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。

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。

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。

小型通用汽油机颗粒物排放与汽油机颗粒捕集器净化研究

以一台小型发电机用汽油机为样机开展颗粒物排放特性研究,探究汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter,GPF)对排气颗粒物的净化特性。设计六工况排放试验循环,测试汽油机在匹配与未匹配GPF两种状态下的颗粒物排放。研究发现原机颗粒物数量(particle number,PN)比排放为3.7×10^(12)个/(kW‧h),颗粒物质量(particulate mass,PM)比排放为2.2 mg/(kW‧h)。PN、PM排放均随负荷升高呈先下降再上升趋势,低负荷时排放浓度最高,中等负荷最低。粒径小于312.7 nm的PN之和占总PN的99.5%以上,大于312.7 nm的PM之和占总PM的91.4%~98.7%,表明超细微粒子数多,但质量占比小。PN排放浓度随颗粒物粒径增大而降低,而PM排放浓度在低负荷时随粒径增大先增加后降低再增加,中高负荷时则随粒径增大而增大。安装GPF对PN的综合净化率为73.7%,对PM的综合净化率为59.7%。GPF对粒径在50 nm以下的核态粒子的捕集效率高于粒径更粗的积聚态和粗糙态粒子。

灰分沉积特性对汽油机颗粒捕集器再生性能影响研究

基于某直喷式汽油机进行发动机后处理台架试验,研究不同灰分量汽油机颗粒捕集器(GPF)对发动机转矩影响和GPF前后端压差对比。利用三维计算流体动力学软件(CFD)建立GPF压降模型和再生模型,分析不同灰分分布系数和灰分量对GPF再生性能的影响。结果表明:灰分沉积质量与GPF压差呈正相关关系,在高转速工况下,灰分累积会降低发动机转矩影响其动力性;灰分全部分布于壁面,即灰分分布系数s=1时,会提高再生压降,降低再生性能,灰分累积过多会增加GPF再生压降,适量的灰分累积有利于提高再生峰值温度,促进碳烟再生氧化。

汽油机颗粒捕集器模型研究进展

汽油机颗粒捕集器(Gasoline Particle Filter,GPF)的捕集效率受多方面因素影响,分析了影响捕集效率的常见因素,并对其进行了简单的分类,把捕集器模型分为压降模型、质量能量守恒模型、效率模型和碳载模型,根据不同的因素建立对应的模型有利于展开对捕集效率定量化的研究,把影响因素量化后,根据量化结果采用不同的方法提高捕集效率、延长GPF使用寿命。

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。

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。

低温环境汽油机颗粒捕集器再生间隔里程评估方法

对汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter,GPF)碳载量估算的温度修正方法,以及低温环境下的GPF再生间隔里程进行研究。利用发动机台架试验测量了GPF颗粒物再生反应速率,通过对数作图法拟合反应速率得到再生反应活化能,氧和颗粒物的反应活化能为81.6~91.4 kJ/mol,二氧化碳和颗粒物的反应活化能为159.2~218.9 kJ/mol。基于反应活化能计算了不同环境温度下颗粒物再生反应速率的修正系数;测量试验车低温冷启动阶段颗粒物累积速度,计算颗粒物排放的温度修正系数。以轻型车排放国六标准I型试验为基础,利用颗粒物再生反应速率和排放的温度修正系数对低温环境下GPF主动再生间隔里程进行了仿真。与寒区道路试验中获得的实际GPF颗粒物累积数据对比,仿真结果能较为准确地预测GPF在寒区不同工况下的颗粒物累积速度。试验和仿真结果均显示车辆低速行驶时GPF内颗粒物累积速度更易受低温环境影响。

汽油机颗粒捕集器的再生试验研究

基于一台1.5 L的涡轮增压汽油发动机,在发动机台架上进行汽油机颗粒捕集器的再生试验,以获得基于温度、氧流量、碳载量的碳颗粒物的再生燃烧速率试验数据。对试验数据进行分析处理,并在发动机台架上以及整车上进行了再生验证试验。结果表明:实际烧碳量与模型烧碳量的偏差精度在30%以内,满足匹配目标要求。

基于国六标准的汽油机颗粒捕集器(GPF)的试验研究

本文阐述了国六排放法规对直喷汽油机颗粒物的排放要求,介绍更加恶劣的WLTC测试循环。重点阐述了汽油机颗粒捕集器(GPF)的开发和试验过程,说明GPF在应对国六标准的后处理系统中的作用,为GPF的应用打下基础。

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。

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。

催化型汽油机颗粒过滤捕集器催化剂设计与应用性能研究

基于某市售1.6 L汽油缸内直喷(GDI)发动机轿车,进行底盘式汽油机颗粒过滤捕集器(GPF)/催化型汽油机颗粒过滤捕集器(CGPF)设计和性能研究,研究了不同涂覆量、涂覆工艺和贵金属含量设计对GPF/CGPF催化剂冷流背压、涂层形貌的影响,从而设计出低背压CGPF催化剂样品。通过对配备有国六标定系统的GDI汽油车进行系列全球统一轻型车测试循环(WLTC)工况排放试验,分别考察了加装底盘式GPF、CGPF及不同贵金属载量CGPF对尾气后处理排放的影响,并与采用原装紧密耦合式三效催化剂(TWC)时的排放性能进行对比分析。结果表明,加装GPF或CGPF配置,会对造成排气系统背压提升,但油耗变化不大;采用紧耦合式TWC+底盘式GPF/CGPF后处理集成净化系统,可有效解决单TWC布局下颗粒物数量(PN)超标问题;使用CGPF可在保证颗粒物捕集效果同时,较好发挥对气态污染物的处理作用,并使各个指标满足国六b排放要求;使用CGPF的催化剂后处理系统进行多次WLTC工况预处理运行,可有效提升其对颗粒物的捕集能力,使PN捕集效率从76.38%跃升至97.00%。

缸内直喷式汽油机颗粒物捕集器最新技术发展

基于《轻型汽车污染物排放限值及其测量方法(第六阶段)》排放标准正式推出的具体国情,阐述了汽油机颗粒物捕集器中积碳和灰分的生成机理和相应的质量估计模型,介绍了汽油机颗粒物捕集器的再生管理和温度保护机制,明确了捕集效率的计算。

炭载量对缸内直喷汽油机颗粒捕集器性能的影响

基于发动机试验台架研究了增压直喷式汽油机在稳态工况下不同炭载量对汽油机颗粒捕集器(GPF)捕集特性的影响。结果表明:GPF背压随炭载量增大不断升高,升高趋势由快趋缓,并且GPF背压与发动机运行工况密切相关,高转速和大负荷时,GPF背压上升趋势变快;不同炭载量下,GPF对于核态颗粒过滤效果优于积聚态颗粒,GPF炭载量低于再生限值时,GPF总过滤效率保持在98.71%以上。适中的GPF炭载量有助于提升其颗粒过滤效率,但炭载量过大反而会造成GPF颗粒过滤效率下降,对发动机动力性和燃油经济性不利。

汽油机颗粒捕集催化剂研究进展

为了改善环境质量,我国在2020年7月1日对轻型汽车排放的颗粒物进行限制。为了满足法规要求,汽油机颗粒捕集催化剂技术被大量应用于汽油车后处理中。基于2007年以来50篇文献的分析,本文总结了汽油机颗粒捕集催化剂在系统布局、铂族金属种类和浓度、涂层分布、背压、颗粒物捕集、积碳再生、灰分容量以及辅助气态污染物净化方面最新研究成果;展望了汽油机颗粒捕集催化剂未来应用发展趋势。

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分布系数的增加先上升后下降。