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催化型dpf对轻型柴油车的适用性研究

催化型DPF对轻型柴油车的适用性研究

作者：李璐吉林大学

学位级别：硕士

近年,各大中城市相继出现严重雾霾现象,汽车尾气的排放是造成这一现象的原因之一,那么如何更好的解决汽车尾气排放中颗粒的问题,顺应不断严格的排放法规,减少车辆行驶过程中PM的排放,成为当今汽车行业研究的热点问题之一,本文着眼于此问... 详细信息

近年,各大中城市相继出现严重雾霾现象,汽车尾气的排放是造成这一现象的原因之一,那么如何更好的解决汽车尾气排放中颗粒的问题,顺应不断严格的排放法规,减少车辆行驶过程中PM的排放,成为当今汽车行业研究的热点问题之一,本文着眼于此问题,在型号为CA4DC的发动机上进行以下几方面的研究。一、压降试验。探究不同贵金属涂覆量(24g/L、30g/L)、不同碳载量(0g/L、2.3g/L、4.5g/L)对催化器压降性能影响,同时分析对燃油经济性的影响,并通过观测压降变化,找出Cdpf的平衡温度在350℃左右。二、捕集效率试验。探究催化器对微粒的质量和粒径捕集效率,验证在试验用发动机上是否能够实现对微粒的有效捕集,并分析Cdpf对气体排放的影响。试验结果显示,Cdpf的质量捕集效率均高于80%,数量捕集效率在40%左右。三、加载试验。探究加载过程中压降的变化规律,并且能够根据压降和排气流量的条件判断催化器内加载的碳载量。在加载初期的200s内压降升高速度较快,之后升高速度减小,符合加载规律。四、被动再生完全性试验。试验选择在车辆运行在100km/h的速度下,对应在所用发动机上的工况为2200rpm、156N.m,测试连续运行3600s时,催化器内的微粒不能实现完全被动再生,被动再生率为78.3%。五、主动再生试验。选择的主动再生方法为燃油缸内次后喷的主动再生方式。首先探究不同后喷油量和喷油时刻对DOC升温特性的影响,确定最合适再生的喷油参数为后喷角度40ATDC,后喷油量15mg/cyc。然后在选择的喷油参数和发动机工况下进行主动再生,确定再生持续时间、再生总后喷油量,记录再生过程中压降和催化器内各点温度,为优化再生过程中燃油消耗做准备。试验中测得主动再生持续时间为400s,主动再生率接近100%。最后提出“喷-停-喷”的后喷再生策略,并对这种燃油后喷辅助主动再生的喷射策略进行理论分析。

关键词：催化型dpf 被动再生主动再生气体排放碳载量

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催化型dpf碳烟捕集及连续再生机理研究

催化型DPF碳烟捕集及连续再生机理研究

作者：陈伟吉林大学

学位级别：硕士

催化型dpf(Catalyzed Diesel Particulate Filter:Cdpf)主动再生结合连续被动再生技术是面向欧Ⅵ的dpf子系统关键技术之一。准确的碳烟加载量预测是启动安全可靠主动再生的重要环节,由于催化型dpf连续被动再生在低排温(约260℃)就开始... 详细信息

催化型dpf(Catalyzed Diesel Particulate Filter:Cdpf)主动再生结合连续被动再生技术是面向欧Ⅵ的dpf子系统关键技术之一。准确的碳烟加载量预测是启动安全可靠主动再生的重要环节,由于催化型dpf连续被动再生在低排温(约260℃)就开始氧化捕集的碳烟,影响基于单纯物理过程的碳烟加载量预测方法的精度。为解决以上问题,本文以载体容积为5.8L、催化剂涂覆量为30g/L的催化型dpf为研究对象,运用GT-POWER软件建立Cdpf模型,结合试验与仿真结果研究碳烟捕集和连续再生机理,探索连续被动再生对碳烟捕集过程的影响规律,建立连续被动再生发生时的碳烟加载量预测模型。本文研究的主要结论如下:1、Cdpf纯物理的碳烟捕集过程主要分为深床捕集和饼层捕集两个阶段。在深床捕集阶段碳烟沉积在载体壁面微孔内部,仿真结果表明,虽然深床捕集到的碳烟只占总碳烟量的3%,但最大压降可占总压降的78%;在饼层捕集阶段碳烟沉积在载体壁面表层,占总碳烟量的97%,试验和仿真结果都表明饼层捕集阶段压降呈线性增长。碳烟在壁面内部分布不均匀,造成沿排气渗流方向不同位置的壁面渗透率减小,深床捕集阶段的压降快速上升。因此忽略深床捕集到的碳烟,只关注其对压降的贡献,将饼层捕集到的碳烟量近似为总碳烟量,得到碳烟捕集过程压降随碳烟量的线性变化关系。分析排气流量、入口温度、微粒粒径对捕集特性的影响,为预测不同工况下Cdpf压降随碳烟量的线性变化规律提供依据。2、Cdpf再生试验研究表明,Cdpf在入口NO2浓度为6ppm的情况下依然能达到97.6%的再生效率,仿真明确“催化涂层将NO转化为NO2、发生NO2反向扩散”是再生持续高效进行的根源。随着Cdpf入口的温度、O2浓度、NO2浓度的升高,排气流量的降低,连续再生效率越高;NO2与PM的质量比大于2时Cdpf内的碳烟再生速率大于碳烟沉积速率,质量比越大,Cdpf内剩余碳烟量越少。3、当连续再生发生时,对比Cdpf入口温度与连续再生平衡点温度,获得碳烟沉积速率与再生速率的关系,建立碳烟量和压降的变化模型。连续再生平衡点温度仿真结果表明:在发动机转速1100r/min、转矩259N.m(50%负荷)的工况下,单独Cdpf连续再生平衡点温度为325℃。对比纯物理的碳烟捕集过程,当Cdpf入口温度低于连续再生平衡点温度50℃时,压降平均相差4%,总碳烟量平均相差4.8%,此时连续再生的影响可忽略;当Cdpf入口温度低于连续再生平衡点温度5℃,连续再生不可忽略,壁面内部碳烟先于饼层碳烟被再生消耗掉而恢复洁净状态,导致压降明显降低。此时壁表面已沉积的碳烟(0.69g/L)将阻止后续碳烟进入壁面内部,只能被饼层捕集,而此时受连续再生的影响,饼层捕集阶段压降和总碳烟量都呈非线性上升趋势。4、综上所述,压降法预测碳烟加载量只适用于纯物理的碳烟捕集过程,连续再生可造成Cdpf部分再生,压降法对部分再生后的Cdpf纯物理碳烟捕集过程的碳烟量预测值比实际值小2.1g/L。因此建立连续再生发生时的碳烟加载量预测模型。基于模型的碳烟加载量预测结果表明:在发动机转速1100r/min、转矩259N.m工况,Cdpf入口温度为275℃时,碳烟加载量预测值为4g/L,误差为4.7%;Cdpf入口温度为380℃,初始碳烟加载水平为3g/L时,碳烟加载量预测值为1.8g/L,误差为3.7%。准确的碳烟加载量预测模型为基于模型的主动再生控制策略研究奠定了基础。

关键词：催化型dpf 碳烟捕集连续再生碳烟加载量预测部分再生

柴油机催化型dpf捕集过程数值模拟及排放性能试验研究

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柴油机催化型DPF捕集过程数值模拟及排放性能试验研究

作者：王希凡江苏大学

学位级别：硕士

柴油机具有动力强、油耗低和可靠性高等优点,已得到广泛应用,但是尾气中的颗粒排放较高,给地球环境和人类健康带来较大的危害。催化型dpf(Catalytic Diesel Particulate Filter,Cdpf)不仅能有效地降低柴油机的颗粒排放,还能将排气中CO... 详细信息

柴油机具有动力强、油耗低和可靠性高等优点,已得到广泛应用,但是尾气中的颗粒排放较高,给地球环境和人类健康带来较大的危害。催化型dpf(Catalytic Diesel Particulate Filter,Cdpf)不仅能有效地降低柴油机的颗粒排放,还能将排气中CO、HC和NO等成分进行催化转化,有效进行dpf的连续被动再生;将DOC(Diesel Oxidation Catalyst)与Cdpf组合(简称DOC+Cdpf)使用不仅能够保证Cdpf的工作可靠性,进一步降低CO、HC,还能实现dpf载体的连续再生。为了深入研究Cdpf的捕集特性以及对柴油机气体污染物和颗粒结构特征的影响,本文应用数值模拟方法,分析了Cdpf捕集过程时内部流场及颗粒分布特性。借助柴油机台架试验,评价了Cdpf以及DOC+Cdpf后的排放性能,同时应用透射电镜(TEM)和图像处理技术,考察了Cdpf和DOC对颗粒形貌结构的影响。应用GT-POWER和AVL-FIRE软件建立了Cdpf数值模型,对模型的压降进行数值模拟,并借助台架试验验证了模型的准确性。此外,重点分析了Cdpf压降曲线分布特性,Cdpf内部气流流动和颗粒分布变化规律,并优化了Cdpf结构参数。模拟结果表明,在Cdpf载体内,捕集初期是以深床过滤为主,随着时间的增加,捕集方式逐渐以滤饼捕集为主;由于扩口区域内存在涡流区,造成进入Cdpf的气流速度不均匀,而在气流流场的影响下,颗粒在Cdpf轴向位置和径向位置也呈不均匀分布;随着颗粒沉积量增大,Cdpf截面轴向流速分布均匀性得以改善,而改变入口流速对轴向流速分布影响较小;当使用直径比为3.0、孔密度(CPSI)为200和过滤壁厚为0.35 mm的Cdpf时,可获得较高的捕集效率和较低的压降变化,并有利于Cdpf的气流分布且对柴油机性能影响较小。通过台架试验,对比分析了Cdpf和DOC+Cdpf对柴油机性能及排放的影响规律。试验结果表明,柴油机在标定转速不同负荷下运行,通过Cdpf作用,CO和HC转化率平均可达73%和64%,NO的转化率最高可达28%,高负荷时,通过Cdpf作用,对碳烟排放的降低效果较好,而柴油机燃油消耗率小幅增加;通过DOC+Cdpf作用,对CO、HC和NO均有较好的氧化作用,其转化率均有所增加,DOC对碳烟排放的影响不明显。应用TEM试验,对DOC+Cdpf前后排气中的颗粒进行表征获得颗粒的微观形貌特性,运用图像处理方法,分析了颗粒的平均直径,并计算了颗粒的计盒维数,探讨了Cdpf和DOC对颗粒形貌结构及团簇程度的影响。TEM分析结果表明,全负荷时,柴油机排气中的颗粒群呈团状、球状分布,堆积明显,基本碳粒子轮廓难以分辨;在DOC作用下,颗粒群呈链状、簇状分布,基本碳粒子的轮廓清晰;在DOC+Cdpf作用下,颗粒堆积程度下降,基本碳粒子的轮廓更加明显。此外,颗粒的平均粒径减小;颗粒结构变得松散。

关键词：柴油机催化型dpf 数值模拟捕集排放特性

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灰分沉积及其对dpf性能影响机理研究

灰分沉积及其对DPF性能影响机理研究

作者：杨帆吉林大学

学位级别：硕士

壁流式颗粒物捕集器(Wall-flow Diesel Particulate Filter:dpf)是目前国际上公认的最为有效的柴油机排气微粒后处理装置,并且在国内外已得到了广泛的应用。对于颗粒物捕集器来说,超低的微粒排放限值要求其能够高效的进行碳烟的捕集和... 详细信息

壁流式颗粒物捕集器(Wall-flow Diesel Particulate Filter:dpf)是目前国际上公认的最为有效的柴油机排气微粒后处理装置,并且在国内外已得到了广泛的应用。对于颗粒物捕集器来说,超低的微粒排放限值要求其能够高效的进行碳烟的捕集和安全可靠地再生。然而dpf在捕集和再生过程中会有难以气化去除的灰分沉积于过滤体内部,这不仅影响了dpf的压降性能,缩减了dpf内部可用空间,而且影响主动再生时机的选择,增加了单位时间段内的再生频率,影响了燃油经济性。dpf中的灰分沉积也是决定其使用寿命的关键因素。所以本文研究灰分沉积及其对dpf性能影响机理具有实际意义,并且为制订合理的再生策略奠定了基础。本文基于GT-POWER软件建立带有灰分沉积的dpf碳烟捕集和连续再生数学计算模型,并结合试验研究对数学模型中关键参数进行了标定。随后基于模型仿真计算探索灰分沉积质量和灰分在dpf入口通道内沉积形态对碳烟加载和连续再生的影响。本文的主要研究内容如下:1、运用GT-POWER软件,基于填充床捕集理论建立颗粒物捕集数学模型;建立碳烟层、灰分层的数学模型和捕集效率计算模型;建立包括质量守恒、动量守恒、能量守恒以及压降计算的一维流场数学模型。2、建立dpf快速老化试验台架,研究洁净dpf压降特性、不同加载工况下碳烟加载的压降特性。通过柴油中添加机油的dpf快速老化方法,研究CJ-4型机油灰分加载过程的压降特性。结合试验数据,对仿真模型中的载体壁面、碳烟饼层和灰分饼层参数进行了标定,并验证模型的准确性。3、结合已经标定验证的模型,仿真研究不同灰分饼层加载质量下,碳烟加载的压降与碳烟层厚度的变化规律;研究相同灰分加载总质量下,不同灰分末端堵塞质量占比对碳烟加载过程压降和碳烟层厚度的影响规律。研究证明控制灰分更多的沉积于通道末端有益于减少dpf压降。4、结合Cdpf连续再生机理,提出灰分影响连续再生速率的两个因素:催化剂表面覆盖失活和抑制NO2反向扩散。结合仿真模型,计算研究不同灰分饼层沉积质量与催化剂活性表面占比下,Cdpf再生速率变化规律。研究表明,灰分的沉积会使催化型颗粒物捕集器连续再生速率下降,灰分影响Cdpf连续再生的主要原因是催化剂表面覆盖失活。

关键词：机油灰分催化型dpf 颗粒物沉积被动再生

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催化型颗粒物捕集器实际道路工况适配性研究

汽车零部件 2019年第1期 61-65页

作者：白振宇洪晓飞方熙宇王计广谢振凯唐山市环境监控中心河北唐山063000 石家庄市机动车排污管理中心河北石家庄050000 中国汽车技术研究中心有限公司天津300300

运用车载排放测试技术和车载远程监测技术,研究催化型dpf系统在实际道路工况条件下的过滤效率、再生特性和耐久性等性能。试验结果表明:催化型dpf系统能有效降低重型柴油车尾气颗粒物排放,颗粒物过滤效率可达90%以上;以商务巴士为代表... 详细信息

运用车载排放测试技术和车载远程监测技术,研究催化型dpf系统在实际道路工况条件下的过滤效率、再生特性和耐久性等性能。试验结果表明:催化型dpf系统能有效降低重型柴油车尾气颗粒物排放,颗粒物过滤效率可达90%以上;以商务巴士为代表的长途客车运行工况相对稳定,与催化型dpf系统适配性较好;而以环卫车为代表的市政车辆排气温度较低,不适合加装催化型dpf系统控制尾气颗粒物排放;环境温度会影响催化型dpf系统的再生效率,但适配性好的车辆受影响较小,可以满足柴油车颗粒物排放治理的需求。

关键词：实际道路工况催化型dpf 颗粒物重型柴油车