本文關(guān)鍵詞：高原柴油機(jī)微粒捕集器催化再生特性模擬研究

  更多相關(guān)文章： 共軌柴油機(jī) 催化型微粒捕集器 高原環(huán)境 再生過程 EGR 噴油策略

【摘要】：面對環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,各國排放法規(guī)不斷升級,催化型微粒捕集器(CPF)具有捕集和再生兩大功能,其在滿足歐6排放法規(guī)技術(shù)路線中對降低機(jī)外顆粒物發(fā)揮重要作用。我國高原占地面積廣,高原環(huán)境給現(xiàn)代高效低排放柴油機(jī)及其后處理開發(fā)帶來更大挑戰(zhàn)。本文首先針對加裝CPF的YN38CRD1共軌柴油機(jī)為研究機(jī)型,針對外特性、ESC和ETC臺架試驗研究表明：加裝CPF后,隨轉(zhuǎn)速升高,發(fā)動機(jī)功率下降且功率損失越大,在3000r/min時,功率損失以及油耗升高最大；ESC試驗表明,加裝CPF后排氣背壓大幅度上升,且隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷增大而升高。小負(fù)荷加裝CPF會導(dǎo)致柴油機(jī)NOx有所提高,但大負(fù)荷時對NOx影響較��；ESC試驗中加裝CPF后的顆粒轉(zhuǎn)化效率達(dá)90%,ETC試驗中顆粒轉(zhuǎn)化效率達(dá)99%。由此表明,CPF的捕集效率較高,加裝CPF能有效控制顆粒物排放。本文采用AVL Boost、GT-Power以及AVL Fire,以D19高壓共軌柴油機(jī)為研究機(jī)型,構(gòu)建了整機(jī)一維熱力學(xué)仿真模型及CPF三維CFD與碳煙再生機(jī)理相耦合的仿真模型,開展了進(jìn)、排氣特征參數(shù)以及噴油控制策略耦合EGR對CPF再生過程影響的數(shù)值模擬研究。針對排氣特征參數(shù)的研究表明：與DPF相比,CPF將再生溫度降低約150℃且再生效率更高,但會增大N02；排氣溫度(排溫)為450℃時,CPF再生性能改善作用最大,排溫為350℃時,CPF出口NO2最高：排溫達(dá)到4000C以上,增大排氣中的02濃度能高效提升CPF的再生效率,且其提高作用隨排溫升高而逐漸增大；在250℃-450℃排溫區(qū)間,增大排氣中的N02濃度能高效提升CPF的再生效率。在排溫為400℃時,提高N02濃度對CPF再生性能改善的作用最大,當(dāng)排溫超過500℃時,其改善作用變?nèi)酢ａ槍M(jìn)氣特征參數(shù)的研究表明：隨大氣氧濃度減小,CPF沉積顆粒的氧化速率和壓降的下降速率都顯著減緩,其進(jìn)、出口兩端的NOx及NO2降低：海拔升高不利于CPF的再生,但CPF壓降和再生最高溫度降低,且能有效減少CPF出口端的N02；海拔對CPF再生過程的影響是大氣氧濃度和大氣壓力的綜合效應(yīng),其中大氣氧濃度占主導(dǎo)作用；針對海拔2km高原環(huán)境,EGR率增大至15%時,CPF再生性能己明顯減弱,高原環(huán)境下采用EGR會進(jìn)一步加劇CPF的再生困難；EGR率對NO2的降低作用大于其對NO的降低作用。針對噴油參數(shù)耦合EGR對發(fā)動機(jī)工作過程和CPF再生性能影響的研究表明：隨主噴定時推遲,扭矩先升后降。隨EGR率增大,發(fā)動機(jī)扭矩下降,且隨主噴定時推遲時對扭矩的不利作用更大；主噴定時從-22.6℃A ATDC推遲至-10.6℃A ATDC時,CPF再生速率和殘余顆粒變化較小。但主噴定時從-10.6℃A ATDC推遲至1.4℃A ATDC,CPF殘余顆粒、壓降以及N02迅速降低。隨EGR率增大,CPF再生性能變差,EGR率增大至35%時,對發(fā)動機(jī)性能以及后處理系統(tǒng)的不利影響較大；隨噴油壓力提高,扭矩最高點(diǎn)對應(yīng)的主噴定時向后推遲,缸內(nèi)NOx增大。主噴定時較為靠前時,提高噴油壓力使扭矩降低,且導(dǎo)致缸內(nèi)NOx快速增加,但有利于CPF再生；主噴定時較為靠后時,提高噴油壓力使得扭矩增大,但會導(dǎo)致CPF再生性能變差、NO2排放與NO2/NOx質(zhì)量比同時增大。針對后噴策略耦合EGR對發(fā)動機(jī)工作過程和CPF再生性能影響研究表明：采用后噴之后,隨后噴時刻推遲,發(fā)動機(jī)比油耗、NOx和排氣流量逐漸增大,CPF殘余顆粒和壓降呈先減小后增大的變化趨勢。后噴時刻為18℃A ATDC時,CPF再生性能最佳,同時NO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)及NO2/NOx質(zhì)量比最低；隨后噴油量增加,比油耗和排氣溫度上升,NOx降低。增大后噴油量有利于CPF再生,后噴時刻為18℃A ATDC且后噴油量為15mg時,CPF再生性能最佳。由此表明,綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性與CPF再生效率,應(yīng)選擇合理的后噴時刻與油量；此外,對于單次噴射,提高EGR率對CPF再生速率影響較小,但可顯著降低CPF壓降與NO2；采用后噴且后噴時刻靠后時,EGR率增大使CPF再生速率顯著降低,且對壓降及NO2降低作用減弱,同時CPF最佳再生效率對應(yīng)的后噴時刻隨EGR率增加而前移。
【關(guān)鍵詞】：共軌柴油機(jī) 催化型微粒捕集器 高原環(huán)境 再生過程 EGR 噴油策略
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 研究背景與意義概述12-14
• 1.2 柴油機(jī)排放法規(guī)發(fā)展及排放控制技術(shù)14-17
• 1.2.1 排放法規(guī)發(fā)展及趨勢14-15
• 1.2.2 柴油機(jī)微粒排放控制技術(shù)15-17
• 1.3 現(xiàn)代柴油機(jī)排放控制的技術(shù)路線17-20
• 1.3.1 滿足歐Ⅵ、歐Ⅴ排放控制的技術(shù)路線17-18
• 1.3.2 滿足歐Ⅵ排放控制的技術(shù)路線18-20
• 1.4 催化型微粒捕集器介紹及研究現(xiàn)狀20-23
• 1.4.1 微粒捕集器及其再生技術(shù)20-21
• 1.4.2 催化型微粒捕集器介紹21-22
• 1.4.3 催化型微粒捕集器研究現(xiàn)狀22-23
• 1.5 課題意義及主要研究內(nèi)容23-26
• 第2章 后處理裝置對柴油機(jī)性能影響試驗研究26-34
• 2.1 試驗研究對象26-27
• 2.2 試驗測試設(shè)備及條件27-28
• 2.3 原機(jī)與加裝CPF柴油機(jī)外特性對比試驗28-30
• 2.4 原機(jī)與加裝CPF柴油機(jī)ESC性能對比試驗30-32
• 2.5 原機(jī)和加裝CPF柴油機(jī)排放結(jié)果對比32-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第3章 催化型微粒捕集器數(shù)值模型的建立與驗證34-46
• 3.1 CPF數(shù)值模型34-37
• 3.1.1 壓降模型35-36
• 3.1.2 碳煙預(yù)測模型36
• 3.1.3 碳煙再生模型36-37
• 3.2 再生反應(yīng)機(jī)理37-41
• 3.2.1 C-O_2反應(yīng)37-38
• 3.2.2 C-O_2-NO_2反應(yīng)38
• 3.2.3 C-O_2-NO-NO_2反應(yīng)38-39
• 3.2.4 C-O_2-NO-NO_2-NO+O_2反應(yīng)39-41
• 3.3 一維及三維實體計算模型建立41-43
• 3.3.1 一維模型的選擇與構(gòu)建41-42
• 3.3.2 三維模型的選擇與構(gòu)建42-43
• 3.4 模型驗證43-45
• 3.4.1 一維模型驗證43-44
• 3.4.2 三維模型驗證44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 進(jìn)排氣特征參數(shù)對CPF再生性能的影響46-62
• 4.1 DPF與CPF再生性能對比46-48
• 4.2 排氣特征參數(shù)對CPF再生過程的影響48-52
• 4.2.1 排氣O_2濃度耦合排氣溫度的影響48-50
• 4.2.2 排氣NO_2濃度耦合排氣溫度的影響50-52
• 4.3 進(jìn)氣特征參數(shù)對CPF再生性能的影響52-59
• 4.3.1 不同海拔大氣氧濃度的影響52-54
• 4.3.2 不同海拔大氣壓力的影響54-55
• 4.3.3 海拔高度的影響55-58
• 4.3.4 EGR率的影響58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-62
• 第5章 噴油策略對柴油機(jī)燃燒過程及CPF再生性能的影響62-92
• 5.1 發(fā)動機(jī)臺架試驗62-64
• 5.1.1 試驗對象62-63
• 5.1.2 試驗主要儀器設(shè)備63-64
• 5.1.3 試驗結(jié)果64
• 5.2 基于GT-POWER—維模型的構(gòu)建和驗證64-67
• 5.2.1 GT-POWER—維模型構(gòu)建64-66
• 5.2.2 GT-POWER—維模型驗證66-67
• 5.3 主噴定時耦合EGR率對燃燒過程及CPF再生性能的影響67-74
• 5.3.1 主噴定時耦合EGR率對燃燒過程及排放的影響68-70
• 5.3.2 主噴定時耦合EGR率對CPF再生性能的影響70-74
• 5.4 噴油壓力對燃燒過程及CPF再生性能的影響74-79
• 5.4.1 噴油壓力對燃燒過程及排放的影響74-76
• 5.4.2 噴油壓力對CPF再生性能的影響76-79
• 5.5 后噴策略耦合EGR率對燃燒過程及CPF再生性能的影響79-89
• 5.5.1 不同后噴時刻下后噴油量對燃燒過程及排放的影響79-82
• 5.5.2 不同后噴時刻下后噴油量對CPF再生性能的影響82-85
• 5.5.3 不同后噴時刻下EGR率對燃燒過程及排放的影響85-87
• 5.5.4 不同后噴時刻下EGR率對CPF再生性能的影響87-89
• 5.6 本章小結(jié)89-92
• 第6章 總結(jié)與展望92-96
• 6.1 全文總結(jié)92-94
• 6.2 工作展望94-96
• 致謝96-98
• 參考文獻(xiàn)98-104
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄104-106
• 附錄B 參與項目情況106

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔣英圣,姜燕君,林浩,吳義華;用500kV級試驗裝置進(jìn)行微粒捕集器的實驗研究[J];高電壓技術(shù);1988年01期

2 譚丕強(qiáng),胡志遠(yuǎn),樓狄明,萬鋼;微粒捕集器再生技術(shù)的研究動態(tài)和發(fā)展趨勢[J];車用發(fā)動機(jī);2005年05期

3 龔金科,梅本付,王勁,鄂加強(qiáng),袁文華;車用柴油機(jī)微粒捕集器熱再生的一維數(shù)值模擬[J];車用發(fā)動機(jī);2005年05期

4 劉云卿;龔金科;鄂加強(qiáng);;過濾體結(jié)構(gòu)對柴油機(jī)微粒捕集器加熱再生過程影響的數(shù)值研究[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

5 王天友;EricLim Khim Song;林漫群;張玉倩;劉大明;劉書亮;Dale Spencer;Philip Collier;;燃油催化微粒捕集器微粒捕集與強(qiáng)制再生特性的研究[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報;2007年06期

6 馬林才;;柴油添加劑和微粒捕集器的協(xié)同性分析與研究[J];柴油機(jī);2008年02期

7 馬林才;;柴油添加劑和微粒捕集器的協(xié)同性分析與研究[J];內(nèi)燃機(jī);2008年01期

8 羅公海;張寬;胡玉平;李國祥;;柴油機(jī)微粒捕集器內(nèi)流場均勻性優(yōu)化探討[J];內(nèi)燃機(jī)與動力裝置;2008年04期

9 羅濤;索建軍;;柴油車微粒捕集器再生時機(jī)判斷方法研究[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2009年21期

10 龔金科;吳鋼;王曙輝;劉云卿;伏軍;龍罡;;徑向柴油機(jī)微粒捕集器流速分布特性數(shù)值分析[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2010年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 曹麗;業(yè)紅玲;王繼先;王務(wù)林;;柴油機(jī)微粒捕集器技術(shù)研究進(jìn)展[A];2007年APC聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

2 侯獻(xiàn)軍;馬義;彭輔明;顏伏伍;;噴油催化燃燒再生的DPF提溫特性研究[A];湖北省內(nèi)燃機(jī)學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳云芬;微粒捕集器：節(jié)能減排新武器[N];云南日報;2008年

2 林玉;柴油發(fā)動機(jī)尾氣微粒捕集器研制成功[N];中國工業(yè)報;2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳韜;微粒捕集器灰燼沉積影響特性辨析及其性能優(yōu)化研究[D];湖南大學(xué);2015年

2 吳鋼;微粒捕集器分區(qū)微波再生過程優(yōu)化與控制系統(tǒng)研究[D];湖南大學(xué);2011年

3 左青松;微粒捕集器復(fù)合再生與場協(xié)同機(jī)理辨析及優(yōu)化控制研究[D];湖南大學(xué);2014年

4 王曙輝;旋轉(zhuǎn)式連續(xù)微波再生微粒捕集器再生機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];湖南大學(xué);2010年

5 邵玉平;柴油機(jī)微粒捕集器逆向噴氣再生技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2005年

6 王丹;柴油機(jī)微粒捕集器及其再生技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2013年

7 伏軍;微粒捕集器噴油助燃再生過程熱工參數(shù)建模及控制系統(tǒng)研究[D];湖南大學(xué);2011年

8 張輝;轎車柴油機(jī)微粒捕集器工作過程數(shù)值模擬及再生控制策略研究[D];吉林大學(xué);2011年

9 劉云卿;壁流式柴油機(jī)微粒捕集器捕集及微波再生機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2009年

10 龍罡;催化型微粒捕集器NO_2高效利用及鈰基復(fù)合再生機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 田嬋;旋轉(zhuǎn)徑向式微粒捕集器消聲特性及流動均勻性分析[D];湖南大學(xué);2012年

2 黃凱宇;基于微粒捕集器監(jiān)測的柴油機(jī)排氣特性參數(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2016年

3 郭瑞華;柴油機(jī)微粒捕集器再生控制系統(tǒng)研究[D];西南交通大學(xué);2016年

4 楊杰;高原柴油機(jī)微粒捕集器催化再生特性模擬研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

5 熊毅;柴油機(jī)催化型微粒捕集器加載及再生性能研究[D];廣西大學(xué);2016年

6 王兵;歐洲穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)下微粒捕集器的特性分析[D];大連理工大學(xué);2010年

7 吁璇;柴油機(jī)噴油助燃再生微粒捕集器的設(shè)計與數(shù)值研究[D];湖南大學(xué);2010年

8 曹希存;柴油機(jī)微粒捕集器內(nèi)氣粒兩相流動特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

9 李濤;纖維材料微粒捕集器特性及再生控制系統(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2011年

10 劉大文;柴油機(jī)微粒捕集器流場均勻性試驗及仿真研究[D];吉林大學(xué);2011年

，

本文編號：759646