發(fā)布時(shí)間：2017-08-30 13:44

  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

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【摘要】：面對(duì)環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,各國(guó)排放法規(guī)不斷升級(jí),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(duì)降低機(jī)外顆粒物發(fā)揮重要作用。我國(guó)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(kāi)發(fā)帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。本文首先針對(duì)加裝CPF的YN38CRD1共軌柴油機(jī)為研究機(jī)型,針對(duì)外特性、ESC和ETC臺(tái)架試驗(yàn)研究表明：加裝CPF后,隨轉(zhuǎn)速升高,發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降且功率損失越大,在3000r/min時(shí),功率損失以及油耗升高最大；ESC試驗(yàn)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(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)NOx有所提高,但大負(fù)荷時(shí)對(duì)NOx影響較�。籈SC試驗(yàn)中加裝CPF后的顆粒轉(zhuǎn)化效率達(dá)90%,ETC試驗(yàn)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(kāi)展了進(jìn)、排氣特征參數(shù)以及噴油控制策略耦合EGR對(duì)CPF再生過(guò)程影響的數(shù)值模擬研究。針對(duì)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(huì)增大N02；排氣溫度(排溫)為450℃時(shí),CPF再生性能改善作用最大,排溫為350℃時(shí),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(shí),提高N02濃度對(duì)CPF再生性能改善的作用最大,當(dāng)排溫超過(guò)500℃時(shí),其改善作用變?nèi)�。針�?duì)進(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(duì)CPF再生過(guò)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(duì)海拔2km高原環(huán)境,EGR率增大至15%時(shí),CPF再生性能己明顯減弱,高原環(huán)境下采用EGR會(huì)進(jìn)一步加劇CPF的再生困難；EGR率對(duì)NO2的降低作用大于其對(duì)NO的降低作用。針對(duì)噴油參數(shù)耦合EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和CPF再生性能影響的研究表明：隨主噴定時(shí)推遲,扭矩先升后降。隨EGR率增大,發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩下降,且隨主噴定時(shí)推遲時(shí)對(duì)扭矩的不利作用更大；主噴定時(shí)從-22.6℃A ATDC推遲至-10.6℃A ATDC時(shí),CPF再生速率和殘余顆粒變化較小。但主噴定時(shí)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(shí),對(duì)發(fā)動(dòng)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(duì)應(yīng)的主噴定時(shí)向后推遲,缸內(nèi)NOx增大。主噴定時(shí)較為靠前時(shí),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(shí)較為靠后時(shí),提高噴油壓力使得扭矩增大,但會(huì)導(dǎo)致CPF再生性能變差、NO2排放與NO2/NOx質(zhì)量比同時(shí)增大。針對(duì)后噴策略耦合EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和CPF再生性能影響研究表明：采用后噴之后,隨后噴時(shí)刻推遲,發(fā)動(dòng)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(shì)。后噴時(shí)刻為18℃A ATDC時(shí),CPF再生性能最佳,同時(shí)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(shí)刻為18℃A ATDC且后噴油量為15mg時(shí),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(shí)刻與油量；此外,對(duì)于單次噴射,提高EGR率對(duì)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(shí)刻靠后時(shí),EGR率增大使CPF再生速率顯著降低,且對(duì)壓降及NO2降低作用減弱,同時(shí)CPF最佳再生效率對(duì)應(yīng)的后噴時(shí)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(guò)程 EGR 噴油策略
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(shì)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?jī)?nèi)容23-26
• 第2章 后處理裝置對(duì)柴油機(jī)性能影響試驗(yàn)研究26-34
• 2.1 試驗(yàn)研究對(duì)象26-27
• 2.2 試驗(yàn)測(cè)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(duì)比試驗(yàn)28-30
• 2.4 原機(jī)與加裝CPF柴油機(jī)ESC性能對(duì)比試驗(yàn)30-32
• 2.5 原機(jī)和加裝CPF柴油機(jī)排放結(jié)果對(duì)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(yàn)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(cè)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(shí)體計(jì)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(yàn)證43-45
• 3.4.1 一維模型驗(yàn)證43-44
• 3.4.2 三維模型驗(yàn)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(duì)CPF再生性能的影響46-62
• 4.1 DPF與CPF再生性能對(duì)比46-48
• 4.2 排氣特征參數(shù)對(duì)CPF再生過(guò)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(duì)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(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程及CPF再生性能的影響62-92
• 5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)62-64
• 5.1.1 試驗(yàn)對(duì)象62-63
• 5.1.2 試驗(yàn)主要儀器設(shè)備63-64
• 5.1.3 試驗(yàn)結(jié)果64
• 5.2 基于GT-POWER—維模型的構(gòu)建和驗(yàn)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(yàn)證66-67
• 5.3 主噴定時(shí)耦合EGR率對(duì)燃燒過(guò)程及CPF再生性能的影響67-74
• 5.3.1 主噴定時(shí)耦合EGR率對(duì)燃燒過(guò)程及排放的影響68-70
• 5.3.2 主噴定時(shí)耦合EGR率對(duì)CPF再生性能的影響70-74
• 5.4 噴油壓力對(duì)燃燒過(guò)程及CPF再生性能的影響74-79
• 5.4.1 噴油壓力對(duì)燃燒過(guò)程及排放的影響74-76
• 5.4.2 噴油壓力對(duì)CPF再生性能的影響76-79
• 5.5 后噴策略耦合EGR率對(duì)燃燒過(guò)程及CPF再生性能的影響79-89
• 5.5.1 不同后噴時(shí)刻下后噴油量對(duì)燃燒過(guò)程及排放的影響79-82
• 5.5.2 不同后噴時(shí)刻下后噴油量對(duì)CPF再生性能的影響82-85
• 5.5.3 不同后噴時(shí)刻下EGR率對(duì)燃燒過(guò)程及排放的影響85-87
• 5.5.4 不同后噴時(shí)刻下EGR率對(duì)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(xiàng)目情況106

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