DPF再生对柴油机性能的影响

非道路国四柴油机主要有两种控制技术路线:DOC+DPF+SCR与EGR+DOC+DPF,由于国四排放标准中PN限值,DPF技术运用成为首选。从柴油机排气温度对DPF再生的影响、柴油机排气流量对DPF再生的影响、柴油机尾气中NO_(2)含量对DPF再生的影响、柴油机尾气中O_(2)含量对DPF再生的影响和不同微粒对DPF再生特性的影响方面进行分析,阐述DPF再生对国四柴油机性能使用的重要影响,为非道路国四柴油机DPF结构优化和国四拖拉机使用提供参考。     

柴油机DPF喷油助燃再生特性试验研究

柴油机微粒捕集器(DPF)是目前处理微粒排放最为有效的后处理装置之一,DPF的再生问题一直是研究的热点。针对DPF喷油助燃方式,通过发动机台架试验,研究柴油机不同喷油助燃参数对DPF再生过程的影响。研究结果表明:在柴油机微粒捕集器再生过程中,不同的油气比、喷油压力、喷油率对DPF载体峰值温度的影响不同。载体的温升速率和峰值温度随着油气比、喷油压力、喷油率的增大而增大,但进一步提高油气比,空气流量增加导致热量的对流散失作用增强,以及喷油率的进一步提高,DPF载体内氧含量不足,导致峰值温度下降。     

柴油机DPF驻车再生过程中缸内后喷策略试验研究

在一台非道路国四用高压共轨柴油机上,利用试验台架研究了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中缸内后喷策略对氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口、DOC出口的温度及排放的影响。结果表明,合适的近后喷角度、油量对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著;同时,合适的远后喷角度、油量对提升DOC出口温度,DOC出口未燃HC效果显著。研究结果对柴油机DPF驻车再生缸内后喷策略的制定和优化提供了重要的指导作用。     

怠速工况下氧化型催化转换器辅助DPF再生方法

在柴油机颗粒物捕集器(DPF)前端安装氧化型催化转换器(DOC),通过在氧化型催化转换器前端喷入柴油来提高柴油机尾气温度,并通过降低柴油机尾气流量进一步提高尾气温度,可以实现柴油机颗粒物捕集器再生.整个再生系统由喷油器、氧化型催化转换器和柴油机颗粒物捕集器组成.在发动机台架上对该再生方法进行系统试验研究,包括再生时氧化型催化转换器的升温特性、喷油流量与温度升高幅度的关系、DPF再生过程和再生方法的燃油经济性及二次污染.结果表明怠速工况下DOC辅助DPF再生能顺利实现,再生过程消耗柴油120.5 g,再生过程中排放的CO和HC分别为12.4g和1.1g.     

拖拉机用DPF系统的设计与匹配试验

对拖拉机匹配柴油机颗粒捕集器(DPF)系统进行了研究,并根据拖拉机的使用环境与工作特点,设计了适合其使用的DPF系统。重点对DPF系统的主体结构进行了设计,并通过CFD软件仿真进行了相应的优化,使进入氧化型催化转化器(DOC)载体端面的均匀度系数达到了0.949。同时根据DPF主动再生需要,设计了HC喷射系统,达到了精确计量HC喷射量的目的,并很好地解决了排气管喷油再生方式中喷嘴结焦的问题。     

柴油机喷油助燃再生系统微粒捕集器油气匹配研

基于自行设计的微粒捕集器(DPF)喷油助燃再生系统,对燃烧器内以不同油气比混合燃烧后气体与柴油机排气混合形成的高温废气温度进行试验研究,并采用过滤体孔道内的热再生模型,对DPF喷油助燃再生过程进行数值模拟,模拟结果与DPF再生试验数据吻合良好.根据再生过程的仿真结果,以怠速工况下DPF再生时过滤体壁面峰值温度、温度梯度及再生时间等为条件,研究喷油助燃再生方式下燃烧器的油气配比问题,怠速工况下再生时油气比取0.025～0.016时能够实现合理匹配.     

满足国Ⅵ及以上排放要求的柴油机DPF技术

介绍了柴油机PM排放后处理技术中,过滤体材料的选择、再生方式的选择、再生控制策略等问题。分析了过滤体材料的发展前景,几种主流再生方式的优缺点,指出了再生控制策略发展面临的挑战。为满足国Ⅵ及以上排放要求的DPF技术的发展方向提供了参考意见。     

柴油机微粒捕集器再生特性仿真研究

运用一维数值分析软件AVL Boost建立了柴油机微粒捕集器(DPF)仿真模型,对其再生过程进行了仿真研究。研究了再生时载体温度和载体内部碳烟密度等随时间的变化情况;分析了再生时不同排气温度、温升速率和氧气浓度等因素对再生DPF最高温度、碳烟氧化速率和DPF最高温度梯度的影响。研究表明,再生时载体最高温度发生在DPF出口端中心处,且碳烟氧化速率沿DPF轴向加快;排气温度和排气氧含量越高、温升速率越大,再生时载体的最高温度和温度梯度越大,同时碳烟氧化速率越快。从DPF的安全性和燃油经济性考虑,应该选择合理的再生条件参数。     

柴油机DPF主动再生时流场背压变化研究

研究DPF流场分布对汽车尾气碳烟过滤效率具有重要意义。在尾管后喷主动再生的条件下,用三维仿真软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维模型,模拟柴油机微粒捕集器内部流场特性。针对DPF不同孔道结构和灰分沉积量,对DPF的流场特性和再生背压特性进行分析,并模拟了灰分特性对不同孔道DPF背压的影响。结果表明:大小孔和六边形结构均有利于降低DPF背压和提高流场均匀性和微粒沉积能力,从而延长DPF维护周期。灰分密度、灰分渗透率、灰分分布对DPF背压准确预测影响很大。灰分的沉积将逐渐增加以背压为依据的DPF再生频率。     

柴油机微粒捕集器热再生过程仿真研究

基于Fire软件对柴油机微粒捕集器的热再生过程进行了仿真研究。研究再生过程中DPF载体温度场、氧气浓度分布、过滤体残余碳烟分布和过滤体最高温度梯度随时间的变化规律;分析了再生过程中不同入口温度、不同排气氧含量、不同初始碳烟浓度下的DPF再生过程变化规律;并且对比了不同反应模型的DPF再生特性。结果表明,入口温度和排气氧含量越高则DPF再生速度越快、过滤体温度越高;再生时间长短与初始碳烟密度关系不大,O2-NO2-NO2-catalytic反应模型的热再生效果明显优于O2-thermal反应模型的再生效果。     

农用机械柴油机DPF再生性能的建模与仿真

为了更好地对农用机械柴油机颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter,DPF）的再生性能进行优化,降低农用机械尾气中的颗粒物含量,对DPF再生原理进行数学分析,并在GT-Power中建立模型。通过单因素实验和设计正交试验,研究了各个影响因素对于通道内最大峰值温度和再生时间的影响规律。结果表明：对通道内最大峰值温度,各因素的影响能力从大到小依次为初始沉淀物密度、进气温度、进气中氧气含量和进气流量;对再生所需时间,各因素的影响能力从大到小依次为进气温度、进气中氧气含量、进气流量和初始沉淀物密度。最后将这2个指标结合起来综合考虑,得到最佳取值方案：载体内初始沉积的颗粒物密度取1 g/L,进气温度取400℃,进气中氧气含量取16%,进气流量取240 L/s。仿真后体通道内最大峰值温度为424.6℃,再生所需时间为193 s时再生性能为最佳。     

基于机内技术的DPF再生控制策略研究

针对DPF的再生技术难题,研究了基于机内技术的DPF再生控制策略,通过机内措施改变柴油机的燃烧,提升排温,在柴油机不作任何改动、不附加任何辅助系统的情况下实现过滤体的安全有效再生。首先,提出了基于柴油机机内控制技术的DPF再生控制技术方案,并设计了DPF再生监控系统。然后,建立了基于压差、柴油机转速和负荷多参数的碳烟加载模型,提高了再生的准确性和一致性;最后,设计了包含柴油机转速和负荷因素的提升柴油机排温的措施模型和再生温度控制模型,确保了DPF的再生过程有效且安全。试验结果表明,采用设计的再生控制策略,DPF的整个再生过程是有效且安全的。     

喷油助燃再生DPF过滤体入口废气温度条件研究

阐述了DPF喷油助燃再生的工作原理,在考虑过滤体内沉积微粒氧化反应次模型的基础上,以壁流式蜂窝陶瓷过滤体为研究对象,建立柴油机稳态工况下过滤体入口孔道的再生简化模型。考虑到柴油机中小负荷排气富氧条件,通过无量纲化,结合DPF的排气背压模型,得到了喷油助燃再生DPF时过滤体入口端所需的温度条件。试验表明,以该条件获得的理论过滤体入口废气温度所对应的喷油率来调节燃烧器功率可顺利实现DPF的再生过程,为DPF喷油助燃再生系统的设计提供了一定的理论依据。     

基于SPC563的DPF控制器底层软件开发

为了满足非道路柴油机国Ⅴ排放法规的要求,以意法半导体公司的SPC563芯片为控制器主芯片,开发用于柴油颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)控制器的底层软件驱动程序,且AD转换功能、通信功能和掉电固化功能都采用模块化的底层软件开发模式。首先将脉冲宽度调制(pulse wide modulation,PWM)波生成函数封装为接口函数,然后将开发的控制器在发动机台架和整车进行试验。试验结果表明,本系统所开发的DPF控制器底层软件驱动程序能够精准控制DPF喷射阀的喷油量,满足国Ⅴ排放法规的要求。     

非道路国四柴油机后处理开发与关键技术

介绍了非道路国四标准实施的背景，对目前非道路国四柴油机的技术路线、后处理结构型式进行了分析和展示。对后处理的关键技术包括DOC、DPF、后处理载体材质及体积选型、DPF再生技术、SCR以及东方红非道路国四柴油机应用及验证情况作出分析。     

排放达国Ⅴ重型柴油机开发技术研究

为了满足重型汽车国Ⅴ排放法规要求,基于达到国Ⅳ排放标准的一款小型柴油机平台,进行开发国Ⅴ柴油机的技术开发研究,匹配大于3.5吨的国Ⅴ卡车或物流商用汽车。柴油机采用增压中冷、四气门、双顶置凸轮轴、VGT增压器、高压共轨燃油喷射、电控水冷EGR等结构设计,采用氧化催化器EGR+DOC+DPF(颗粒捕集器)或DOC+SCR(选择催化还原技术)的排放技术路线。     

农用柴油机DPF载体结构优化研究

采用仿真软件建立DPF一维热力学计算模型，研究了对称孔道载体长径比、壁厚和目数对DPF工作运行过程中压降和捕集效率的影响规律，以优化出压降特性及捕集效率综合性能最佳的载体结构。     

柴油机后处理装置的颗粒排放物拉曼光谱研究

为研究发动机排放颗粒物经氧化催化转化器（DOC）以及柴油颗粒捕集器（DPF）后结构和化学组成的变化规律,在一台配备后处理装置的电控高压共轨增压中冷柴油机上进行颗粒物取样,采用激光拉曼光谱仪测取拉曼光谱,比较了不同测点位置颗粒物的拉曼光谱特征。结果表明：颗粒物的拉曼光谱均由5个峰组成,且峰位在一个较小的范围内变化,描述颗粒物结构和组成的各特征参数随测点位置的不同而变化,即ID1 /IG 随测点后移而减小,ID2 /IG 逐渐增大,而ID3 /IG 、ID4 /IG 和IALL /IG 均表现为先减小后增大的趋势,说明经过DOC和DOC+DPF时颗粒物发生了物理和化学变化,从而使颗粒结构和成分发生变化。代表颗粒物石墨化程度的ID1 /IG 值随测点的后移而增加,但是DPF后颗粒的有机物成分所占比例最大。     

采用EGR+DOC+DPF+SCR实现WP10H375欧Ⅵ排放标准的试验研究

课题采用EGR+DOC+DPF+SCR和试验设计(DOE)开发了WP10H375欧Ⅵ发动机。试验结果表明:通过综合考量性能、排放、经济性等参数,利用植入DOE理论,构建理论模型,同时与常规性能标定和选型比对,不仅能够实现优化互补,减少研发中间环节,达到缩短研发周期的目的,还达到了提高试验台架利用率,节省试验资源、获得更佳更可靠试验数据的目标。在高压共轨基础上,通过废气再循环技术(EGR阀应用)与尾气后处理箱子(DOC+DPF+SCR)对NH3催化还原NOx和颗粒物PM进行无害化有效转化,以达到欧Ⅵ排放标准。     

基于AVL FIRE对柴油机微粒捕集器捕集过程的模拟研究

利用AVL FIRE软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维模型,模拟DPF捕集过程,研究进气流量、进气温度、过滤壁厚度和孔密度对捕集过程的影响规律。研究结果表明:减小进气流量能改善气体流动,并且能提升DPF捕集性能和流阻性能;降低进气温度能改善气体流动和流阻性能,但不利于提升捕集性能;增大孔密度不利于气体流动,但能提升流阻性能和捕集性能;减小壁厚能改善气体流动和流阻性能,但会恶化捕集性能。