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。

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。

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。

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。

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。

耦合颗粒物传感器的柴油机颗粒捕集器故障诊断策略

为实时监测柴油机颗粒捕集器(DPF)工作状态以建立相应的故障诊断策略,利用GT-POWER软件建立DPF碳烟捕集模型,通过发动机排放试验标定DPF的渗透率;模拟DPF不同程度的堵塞故障和破损故障,对压降和捕集效率受故障程度的影响进行敏感性分析;搭建试验台架,制作达到法规限制的破损件和堵塞件,研究故障件在全球统一瞬态循环工况下的压降与传感器信号边界,提出了压差传感器与颗粒物传感器耦合的故障诊断方法。试验结果表明:DPF压降随堵塞程度增加呈指数型攀升,捕集效率增加较平缓;DPF压降和捕集效率随破损程度增加逐级递减,高转速工况下破损程度达到20%时捕集效率下降至50%,任何工况下破损程度达到50%时DPF完全失效。此外,破损故障试验确定了DPF破损故障的压降边界下限为0.1 kPa,传感器信号边界上限为10 nA;堵塞试验确定了碳载量7 g/L时DPF堵塞故障的压降边界上限为1.75 kPa,传感器信号边界下限为15 nA。

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。

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。

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。

汽油机GPF中颗粒物累积的影响及解决策略

为了使整车达到国六排放法规要求,在轻型汽油车上配置了颗粒捕集器,有效地降低了颗粒污染物(PN、PM)的排放。以一台1.5L的自然吸气汽油发动机,在发动机台架上进行试验,分析颗粒物在GPF的累积对排气背压及油耗的影响。试验结果表明:颗粒物在GPF的累积会造成排气背压的升高,油耗率也有所提高。通过适时地再生,可以有效地减少GPF中的碳颗粒物,降低排气背压,从而减少油耗率,提升了车辆的燃油经济性。

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%。

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。

汽油机颗粒物捕捉器(GPF)的应用匹配

汽油机颗粒物捕捉器(GPF)在轻型汽油车上的应用能大幅降低车辆的PM、PN颗粒物排放。本文针对GPF的匹配内容和匹配方法进行了探讨。匹配结束后应用到实车道路试验上得出,市区工况和城郊、高速工况的GPF的模型累碳量与实际累碳量比值分别为1.192和1.169。车辆执行主动再生进程时,60km/h和80km/h的模型soot再生量和实际soot再生量比值分别为1.128和1.120。soot模型累积量、soot模型再生量和实际soot累积量、实际soot再生量之间的比值均在30%的允差范围内。

直喷汽油机颗粒捕集器(GPF)灰分参数试验研究

为研究汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter,GPF)中灰分(ash)含量对发动机性能、燃油耗、排气背压、颗粒物排放数量(particle number,PN)的影响,建立灰分累积模型,并以某款发动机作为研究对象,建立了发动机GPF耐久试验台架,验证灰分累积模型的合理性。通过试验,研究了灰分对发动机性能、燃油耗、排气背压、PN排放的影响规律,并分析了灰分随发动机有效运行时间的变化规律及其对GPF碳载量的影响。结果表明,随着灰分的增多,发动机扭矩和功率相比GPF无灰分时都降低,最大降幅达1.2倍,油耗增多,排气背压增大,最大增幅达1.1倍,PN排放先降低后升高;GPF过滤效率直线上升,灰分为30 g时,达到最大,碳载量减少,再生速率加快。为将灰分对发动机的影响降低到最小程度,应限定该发动机的GPF最大灰分量为30g。

汽油机颗粒捕集器再生平衡状态的仿真研究

使用流体仿真软件AVL-FIRE建立了缸内直喷汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter,GPF)的数值模型,并根据相关试验数据验证了模型的准确性。模拟计算了不同排气参数下的GPF压降及积炭量,以此分析了排气氧浓度、NO浓度及排气温度等参数对GPF再生平衡状态的影响。结果表明:氧浓度越高越有利于达到再生平衡状态,在排气温度为800 K的条件下,当氧气的质量分数为2%时,GPF不能达到再生平衡状态,当氧气的质量分数由2%增加到7%时,GPF可达到再生平衡状态。NO浓度对GPF压降有较大的影响,在排气温度为800 K及氧气的质量分数为7%的条件下,当NO的质量分数由0增加到0.2%时,再生平衡状态下GPF的压降减少了11.6%。升高排气温度有利于GPF达到再生平衡状态,在氧气质量分数为2%的条件下,当排气温度由800 K增加到1000 K时,GPF可达到再生平衡状态。