柴油机微粒捕集器逆向喷气再生技术研究

摘要

微粒捕集器是目前国内外公认的控制柴油机微粒排放的有效措施,但由于其过滤体容易热再生损坏、对燃油要求苛刻等难题,至今还没有全面推广应用. 针对以上问题,本文提出了适合我国高硫燃油条件的微粒捕集器逆向喷气再生技术,设计出螺旋喷吹加扫气再生的微粒捕集器系统,实现了逆向喷气再生技术的车载应用. 壁流式陶瓷过滤体是内燃机排气控制领域应用最广泛的过滤体.本文在深入分析其微粒过滤机理和过滤过程的基础上,运用多孔介质流动和两相流理论,建立了壁流式过滤体的阻力模型和微粒过滤模型,得出了过滤过程中壁流式过滤体的阻力分布规律和孔道内过滤微粒的分布规律,为过滤体的可靠再生奠定了理论基础和实践指导. 在深入分析过滤体逆向喷气再生机理的基础上,定义了过滤体的再生效率,并给出了计算方法；采用台架试验与模拟计算相结合的方法,对壁流式过滤体逆向喷气再生系统进行了结构设计及优化,创新设计出螺旋喷吹的扫气再生系统,并匹配了反吹压力、反吹时间、扫气时间等再生控制参数,设计了吹除微粒二次收集和处理装置,确定了二次微粒收集与处理的优化方案,实现了逆向喷气再生技术的车载集成应用. 通过研究不同运行工况下的柴油机微粒排放规律,确定了适合逆向喷气再生的微粒捕集器的再生控制策略,研制了适合车载的自动控制系统. 对上述系统进行了台架试验和道路试验.试验证明:该系统对微粒的净化效率达90﹪以上；对车辆动力性和燃油经济性的影响在5﹪以内；降噪效果优于原车消声器；利用车载蓄电池对二次微粒的处理不会影响车辆的起动性能.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2柴油机排放法规的发展

1.3柴油机微粒排放控制技术的研究现状

1.3.1微粒捕集技术的发展

1.3.2微粒捕集器再生技术的研究进展

1.4本文研究的意义及主要研究内容

1.4.1本文的研究意义

1.4.2本文的主要研究内容

第二章壁流式过滤体过滤及阻力特性的模拟及试验研究

2.1壁流式过滤体过滤特性研究

2.1.1壁流式过滤体过滤机理及影响因素分析

2.1.2壁流式过滤体过滤特性试验研究

2.1.3壁流式过滤体微粒过滤过程分析

2.2壁流式过滤体阻力特性研究

2.2.1干净壁流式过滤体内的压降分析

2.2.2负载微粒后壁流式过滤体的阻力特性

2.3壁流式过滤体流场特性的模拟计算

2.3.1干净壁流式过滤体阻力特性模拟及与试验结果的对比

2.3.2干净壁流式过滤体孔道及壁面流场特性

2.3.3负载微粒后壁流式过滤体流场特性模拟

2.4本章小结

第三章微粒捕集器逆向喷气再生系统结构设计及优化

3.1壁流式过滤体逆向喷气再生机理研究

3.1.1壁流式过滤体反吹再生机理分析

3.1.2壁流式过滤体再生效率的定义

3.2壁流式过滤体逆向喷气再生系统结构设计

3.2.1逆向喷气再生系统方案选择

3.2.2储气罐的设计

3.2.3反吹微粒二次收集装置的设计

3.3逆向喷气再生系统结构优化

3.3.1数学模型的建立

3.3.2反吹管布置对过滤体内流场特性的影响

3.4逆向喷气再生控制参数研究

3.4.1反吹初始压力的确定

3.4.2反吹时间的选择

3.4.3扫气时间的确定

3.5收集微粒的处理

3.5.1加热器功率对收集微粒燃烧的影响

3.5.2二次空气流量对收集微粒燃烧的影响

3.6本章小结

第四章微粒捕集器逆向喷气再生控制系统研制

4.1排气背压对柴油机性能影响的试验研究

4.1.1排气背压对柴油机动力性及燃油经济性的影响

4.1.2排气背压对柴油机排气温度的影响

4.1.3排气背压对柴油机排放性能的影响

4.2逆向喷气再生控制策略研究

4.2.1微粒捕集器再生控制策略分析

4.2.2微粒捕集器逆向喷气再生的控制策略

4.3逆向喷气再生自动控制系统研制

4.3.1自动控制装置的硬件设计

4.3.2电控单元的软件设计

4.4本章小结

第五章逆向喷气再生的微粒捕集器试验及分析

5.1逆向喷气再生的微粒捕集器台架试验及分析

5.2逆向喷气再生的微粒捕集器车载试验设计

5.2.1试验道路工况的选择

5.2.2车载试验内容设计

5.3车载试验结论与分析

5.3.1微粒捕集器的净化效果和降噪效果

5.3.2微粒捕集器对整车动力性和经济性的影响

5.3.3微粒捕集器的工作可靠性考核

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2论文的主要创新点

6.3未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢