氧气流量控制策略对低温等离子体技术再生柴油机微粒捕集器的影响

以O_2为气源,利用自行设计的低温等离子体喷射系统对柴油机微粒捕集器(DPF)进行再生试验研究;在O_2总量相同、O_2流量为3~7L/min时,设计了3种O_2流量控制策略,即恒流量法、递增流量法和递减流量法;通过监测再生产物中CO、CO_2体积流量变化,分析了O_2流量控制策略对微粒(PM)的氧化分解和DPF再生效果的影响。研究结果表明,O_2流量增大,O3流量增大,进入DPF的O_3增多,PM的氧化得到促进。反应初始时3种流量控制方案下CO、CO_2流量均急剧上升;随着反应的进行,恒流量法的CO、CO_2流量趋于平稳;递增、递减流量法的CO、CO_2体积流量在跨越试验阶段分别呈直线上升、下降趋势,在同一个试验阶段保持稳定。CO、CO_2、CO+CO_2中C的质量变化趋势相同,质量大小由高到低为递减流量法—递增流量法—恒流量法。变O_2流量法的DPF再生效果优于恒O_2流量法,采用递减流量法时PM被分解的质量最多且其控制的O_2流量随再生阶段由大到小变化时可达到较优的DPF再生效果。     

催化型颗粒物捕集器长度对其捕集性能的影响

基于轻型柴油机台架试验平台,研究了催化型颗粒物捕集器(CDPF)长度对其颗粒物捕集性能的影响,结果表明:CDPF长度的增加会略微影响发动机动力性及经济性,且会降低发动机排气背压及温度,但长度进一步增加时,排气背压及温度变化不明显。增加CDPF长度可增加其对颗粒物数量(PN)的捕集效率,从颗粒物逃逸率角度考虑,当PN逃逸率为2.7%时,增加CDPF长度0.25倍,可降低PN逃逸率50%以上。CDPF长度的增加对积聚态颗粒物捕集效率的提升较为明显。     

含氧量对颗粒捕集器热再生过程的影响

通过GT-power软件建立柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的热再生模型,计算不同含氧量时再生过程的气体流速分布和碳烟密度分布,并分析含氧量和再生温度对DPF热再生效果的协同作用.结果表明:与φ(O_2)=0.11时DPF再生过程相比,当φ(O_2)=0.21时DPF入口通道内气体的流动更均匀,其壁面渗流速度更小,碳烟密度更低;在一定范围内,适当提高再生温度和氧气浓度有助于提高DPF的再生速率,但φ(O_2)0.21后,含氧量的增加对再生效果的促进作用有所减弱.     

连续再生颗粒捕集器对柴油机颗粒排放的影响

以某重型柴油机为原机,研究氧化催化转化器(DOC)与催化型颗粒捕集器(CDPF)耦合而成的连续再生颗粒捕集器(CR-DPF)对柴油机颗粒排放规律的影响.研究结果表明,CR-DPF的安装导致排气温度升高;原机测点颗粒数量浓度呈双峰对数正态分布,CR-DPF的前测点为三峰对数正态分布,后测点则呈多峰对数正态分布;前测点粒径小于191nm颗粒数量浓度及核态颗粒数量浓度分数均高于原机测点;CR-DPF除对7~15nm粒径颗粒的捕集效率相对较低,对其他粒径颗粒具有显著的降低作用;对聚集态颗粒的捕集效果优于核态颗粒,导致后测点核态颗粒数量浓度分数高于前测点.     

结构参数对柴油机微粒捕集器捕集特性的影响

根据建立的微粒捕集器(DPF)仿真模型,对不同结构参数直径比和孔密度(CPSI)条件下的DPF内部气流流动、微粒捕集过程以及扩口区域内气流流动进行数值模拟,研究了直径比对气流流动均匀性、轴向径向流速分布和微粒分布的影响规律.同时,研究了孔密度对DPF内部流动及捕集效率的影响.结果表明:适当减小直径比能提高DPF内部的流动均匀性,减少微粒在中心轴线处的分布,有助于降低DPF中心轴线处的负荷;小直径比能降低扩口区域内的流速波动,有利于气流与微粒进入DPF内部以及捕集效率的提高;增加孔密度会增加DPF内部流动的阻力,影响流动均匀性,有利于提高捕集效率.     

生物柴油调合燃料匹配催化型颗粒物捕集器的排放与再生性能研究

以一台非道路增压中冷共轨柴油机为试验对象,将K_0.2-Ce_0.5Mn_0.5O₂催化剂涂覆于柴油机颗粒物捕集器（DPF）的堇青石过滤体上,探究柴油机催化型颗粒物捕集器（CDPF）对生物柴油调合燃料燃烧污染物排放的影响规律,并开展了CDPF碳烟加载与再生特性的试验研究。试验结果表明,CDPF能够明显降低纯柴油和生物柴油调合燃料的碳烟和气态污染物排放,且对调合燃料的排放物降低效果更显著;CDPF负载催化剂对柴油机气体排放的改善效果受负荷影响较大,在标定工况下两种测试燃油NO_x排放较空白DPF时分别降低17.1%和24.3%,HCHO排放分别降低35.1%和43.6%,CH₃CHO排放分别降低28.4%和29.9%;DPF与CDPF两者对碳烟的捕集过程均包括深床捕集阶段、过渡阶段和滤饼层捕集三个阶段,碳烟加载过程中CDPF前后压差的升高速率明显低于DPF;与纯柴油相比,柴油机燃用生物柴油调合燃料时CDPF的前后压差升高速率有所降低,再生平衡温度向低温区间偏移,有利...     

微粒捕集器捕集效率影响因素的模糊综合评价

利用模糊层次分析法,综合考虑柴油机微粒捕集器捕集机理各项影响因子对捕集机理的相互影响,将相互关联的复杂评价系统分解成若干独立分层的系统,建立了柴油机微粒捕集器捕集机理的综合评价模型.结果表明,壁厚、孔隙率和微孔孔径对主要捕集机理影响最显著,而孔密度、直径和长度对主要捕集机理的影响属于次要因素.孔隙率对扩散机理的影响占绝...     

微粒捕集器喷油再生过程柴油消耗量最优控制

基于喷油助燃过程的热工机理,建立柴油消耗量真实目标泛函,并采用泛函分析与自适应变尺度混沌免疫算法相结合的方法对其进行融合处理,得出能计算喷油助燃过程中燃烧器内的烟气最优升温速度曲线和柴油消耗量最优控制的目标函数.研究结果表明:随喷油助燃再生时间不同,柴油消耗量最优值呈先减小后增加的趋势,当再生时间由8.0 min减小为5.0 min时,对应的柴油消耗量增加0.29倍;对喷油助燃再生柴油消耗量实现最优控制后,喷油助燃再生过程柴油消耗量降低25％～35％.     

柴油机微粒捕集器微波再生模糊综合评价

为深入研究柴油机微粒捕集器的微波再生机理,基于模糊综合评价法,结合层次分析主观赋权法与熵值赋权法,建立了柴油机微粒捕集器微波再生系统的两级模糊综合评价模型,完成了微波功率、微粒沉积量、排气温度、排气氧含量、排气质量流量对再生效率、再生时间、再生峰值温度及再生性能权重的定量分析,并得到了各因素取不同值时的再生性能评价结果.研究表明:排气温度对再生效率与再生时间的影响最大,权重分别为0.470 1与0.536 1;微粒沉积量对再生峰值温度的影响最大,权重为0.424 4;再生效率在再生性能中所占权重最大,为0.6162.     

空气流量对低温等离子体再生DPF的影响

以空气为气源,利用低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)喷射系统,在不同的空气流量下对DPF进行了再生试验.通过测量再生过程中主要活性物质(O_3,NO_2)以及再生产物中碳氧化物(CO_x)的流量变化,分析了空气流量对DPF再生的影响.结果表明:空气经NTP发生器放电击穿后产生具有强氧化性的活性物质O_3,NO_2等,能够实现对PM的氧化分解;随着空气流量的增加,O_3质量流量及NO_2体积流量均呈升高的趋势,进入DPF的O_3,NO_2增多,促进PM的分解,CO_x中C的质量呈升高的趋势,升PM分解量呈下降的趋势;当空气流量为18.5 L·min~(-1)时,PM被氧化分解的量最多,DPF的再生效果最为显著;当空气流量为5.0 L·min~(-1)时,升PM分解量最大,空气的利用率最高.     

柴油机微粒捕集器加热再生过程的数值模拟

基于车用柴油机微粒捕集器过滤体孔道内的加热再生模型,采用数值模拟的方法对加热再生过程中过滤体孔道内微粒燃烧与壁面温度沿轴向的分布规律以及不同再生条件下柴油机微粒捕集器再生过程的规律进行了研究.结果表明:过滤体的壁面温度从过滤体前端向后端逐渐升高,且整个过滤体的峰值温度出现在过滤体后端;提高过滤体初始温度,适当地增大再生气流质量流量、气流含氧量以及微粒沉积量都可加快再生过程,但过大的含氧量和微粒沉积量会造成壁面峰值温度过高,过大的气流质量流量会减慢再生过程.     

间接低温等离子体对柴油机颗粒物成分及官能团的影响

为探究间接低温等离子体(INTP)对柴油机颗粒物(PM)成分及官能团的影响,以氧气作为介质阻挡放电式低温等离子体发生器的气源,搭建了INTP技术处理柴油机PM的试验台架,利用热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和微克天平探究了低温等离子体对柴油机PM成分、官能团和质量的影响。试验结果表明:INTP处理后PM的成分发生了明显变化,挥发性物质的质量分数下降至48%~71%,固体碳的含量上升至29%~52%;PM的特征温度和表观活化能都有所下降,INTP降低了PM的氧化温度,提高了PM的氧化活性;INTP处理后,PM表面的烷基官能团减少,新生成的含氧官能团和芳香环使PM氧化活性增强;经过INTP处理后,柴油机PM去除量为7.91~26.732mg,去除率为40%~80%。     

过滤体结构对柴油机微粒捕集器加热再生过程影响的数值研究

针对车用柴油机微粒捕集器过滤体孔道内的加热再生模型,采用数值模拟方法,对加热再生过程中过滤体孔道内微粒燃烧与壁面温度沿轴向分布以及过滤体结构参数对再生过程的影响规律进行数值研究。结果表明:过滤体的壁面温度从过滤体前端向后端依次升高,且整个过滤体的峰值温度出现在过滤体后端;较小的过滤体壁面厚度会增加过滤体前端的再生时间,缩短后端的再生时间;较小的过滤体长度及较大的过滤体孔道宽度都可使整个过滤体的再生时间缩短。研究结果可为微粒捕集器再生过程的优化提供重要的理论指导。     

文丘里管捕集器捕集水量的计算

针对文丘里水膜除尘器捕集水量难以调试的问题,根据短程捕集理论通过对文丘里管捕集器工作原理的流体力学分析,当最小捕集粒径为 5μm时,最佳捕集水量为0．0030m3/s,为快速准确地调试水膜除尘器提供科学依据。     

微粒捕集器分区域微波再生过程功率优化

建立微粒捕集器分区域微波再生模型,并对该模型进行验证;采用正交试验设计方法提取微粒捕集器分区域微波再生平衡过程的关键参数(孔隙率、再生时间、电机旋转角、排气温度、氧流量等),利用分区域微波再生模型对再生过程中的再生效率、功率消耗进行四水平正交模拟计算,得到各关键参数对微粒捕集器分区域微波再生过程中再生效率和微波功率消耗的影响规律,确定再生过程的最优参数组合。研究结果表明:当再生时间由7.5 min减至3.0 min时,再生过程中功率消耗的最大值增大2.1倍;当孔隙率为0.6,再生时间为7.5 min,电机旋转角为30°,排气温度为500℃,氧流量为0.1 kg/s时,再生效率提高9.8%,功率消耗的平均值降低28%。     

微粒捕集器连续再生速率与压降特性研究

建立了连续再生模型,并通过台架实验进行了验证,用数值模拟的方法对柴油机不同工况下的连续再生速率和压降特性进行了数值研究.研究结果表明:当排气流量增大时,连续再生速率降低,压降迅速增大;当排气温度升高时,连续再生速率迅速升高,压降略有增大,但随着再生时间的增加,压降下降明显;随着排气气流中m(NO2)/m(soot)比率的下降,再生速率迅速降低,当超过临界比率时,会由微粒净消耗状态转变为净增加状态,m(NO2)/m(soot)比率对于压降影响很小.研究结果对于优化连续再生微粒捕集器的再生条件提供了理论依据.     

金属泡沫型微粒捕集器中颗粒物沉积特性试验研究

为了探究金属泡沫中颗粒物的沉积过程及沉积特性,自行设计开发了颗粒物快速加载系统,结合体式显微镜图像表征方法,在颗粒物加载量为1.5g/h条件下研究了平均孔径为350μm的径向型金属泡沫微粒捕集器中颗粒物沉积特性随时间及沉积深度的变化关系。结果表明:燃烧器生成的颗粒物与实际发动机的颗粒物粒径相近,金属泡沫捕集器沉积过程中始终存在深床沉积;颗粒物质量沉积速率先增加后稳定,压降增加先快后慢,碳烟质量浓度捕集效率可达82%;大部分颗粒物沉积在第1层滤芯中,末端第1层滤芯上堵塞最严重,颗粒物覆盖面积逐层减小,沉积均匀度沿径向递减;圆筒上颗粒物覆盖面积占比沿进气方向逐渐增大,第1层最末端近100%,由内至外逐层减小,孔隙则逐层增大。研究结果揭示了金属泡沫型微粒捕集器中颗粒物动态沉积过程及沉积特性变化规律,可为金属泡沫型微粒捕集器后续研究提供理论基础。     

喷油式主动再生柴油机颗粒捕集器控制装置的设计

文章基于Freescale 16位单片机S12XS64设计了一种柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生过程控制装置,实现了DPF再生系统相关传感器的信号采集、执行器驱动、车载诊断系统(on-board diagnostics,OBD)和上位机软件通讯等功能。该系统设计了DPF再生控制策略,将控制装置设为断电、待机、工作、再生4种工作状态,通过测量得到的排气背压、DPF压降以及发动机转速来判断DPF主动再生时机,可以在DPF需要再生时通过控制供油泵、空气泵、火花塞和阀门等单元来实现DPF的再生过程;系统使用了多MOSFET并联来保证驱动器的可靠性,优化了系统工作电流,预防了信号干扰。该控制系统结构简单、稳定可靠,在城市公交改造项目的应用中工作稳定、操作便捷、尾气的净化处理效果显著,良好地实现了对喷油式DPF主动再生过程的控制,有很强的实用价值和广阔的应用前景。     

柴油机颗粒捕集器捕集效率的数值模拟及试验验证

为研发高过滤效率的颗粒捕集器,通过填充床捕集理论建立其综合捕集效率的数学模型,并利用Matlab和试验对所建立的数学模型进行验证.结果表明:在整个微粒捕集过程中,布朗扩散起主导作用,减小排气流量和提高排气温度均能提高布朗扩散捕集系数和综合捕集系数,而排气流量和排气温度对直接拦截捕集机理的影响不大;当微粒粒径小于100 nm时,布朗扩散捕集机理起主导作用,综合捕集系数随微粒粒径的减小而迅速增加,数值与布朗扩散捕集系数相差不大;当微粒粒径大于100 nm时,直接拦截捕集机理作用增强,综合捕集系数随微粒粒径的增大而减小缓慢,数值大于布朗扩散捕集系数,但仍较小;当微粒粒径为100~500 nm时,由于各种捕集机理相互竞争,综合捕集系数出现最小值.     

部分流颗粒捕集器效率及对发动机性能的影响

颗粒捕集技术是降低柴油机颗粒物排放的最有效的手段之一,但是加装部分流颗粒捕集器后会对柴油机的性能产生一定影响。本试验在发动机台架上进行了柴油机的欧洲稳态循环（ESC）测试,随着捕集器内沉积颗粒物的增多,分析了捕集效率对柴油机排气背压、燃油经济性以及排放特性的影响。试验结果表明：加装部分流颗粒捕集器后柴油机 NOX排放变化不明显,但是随着沉积颗粒物的增多,最终燃油消耗率增加4％左右,排气背压上升约9 kPa。