微粒捕集器灰燼沉積影響特性辨析及其性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國大范圍霧霾天氣日益嚴(yán)重，柴油機(jī)微粒排放問題受到越來越廣泛的關(guān)注。柴油機(jī)微粒捕集器作為公認(rèn)的最為有效的控制柴油機(jī)微粒排放的后處理裝置一直是研究的熱點(diǎn)。近年來，隨著微粒捕集器捕集和再生技術(shù)研究的逐漸成熟和完善，柴油機(jī)微粒捕集器開始在國內(nèi)外的柴油轎車和商用車上得到廣應(yīng)用。車載微粒捕集器在使用過程中，由于柴油機(jī)排放微粒中存在少量的不可燃灰燼物質(zhì)，其不能通過再生清除，在經(jīng)過成百上千次的循環(huán)再生后灰燼累積在過濾體孔道內(nèi)影響微粒捕集器的工作特

2、性以及耐久性，從而制約著微粒捕集器的發(fā)展和推廣應(yīng)用，因此，研究微粒捕集器的灰燼沉積問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　柴油機(jī)排氣微粒中灰燼來源于潤滑油添加劑、燃油添加劑、柴油機(jī)各零部件磨損以及排氣系統(tǒng)的腐蝕，主要成分為無機(jī)金屬元素組成的硫酸鹽、磷酸鹽和氧化物?；覡a累積在過濾體內(nèi)會增加后處理裝置的流動阻力，增加發(fā)動機(jī)工作的排氣背壓，惡化發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，阻礙后處理裝置正常工作。此外，我國燃油品質(zhì)不高，雜質(zhì)尤其是硫含量較高，致使排氣微

3、粒中灰燼比例增加，微粒捕集器更容易受到沉積灰燼的影響。本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“柴油機(jī)微粒捕集器多孔介質(zhì)過濾體失效辨析及抗失效機(jī)理研究[51276056]”和“微粒捕集器過濾體復(fù)合再生與多場協(xié)同機(jī)理及其優(yōu)化研究[511076045]”以及廣東省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“柴油機(jī)減排關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化[2011B090400112]”為課題來源，分析灰燼在過濾體內(nèi)的沉積特性，研究沉積灰燼對微粒捕集器流動特性和再生特性的影響，并基于此，對過濾體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4、和再生控制策略展開優(yōu)化研究，以期減少沉積灰燼對發(fā)動機(jī)性能和微粒捕集器工作特性的影響，延長其車載使用壽命。論文的主要研究工作如下：
　　（1）基于灰燼顆粒的沉積機(jī)理分析了排氣流量、溫度以及顆粒粒徑等對灰燼沉積的影響，得到了沉積灰燼層滲透率特性隨排氣流量、溫度以及顆粒粒徑等變化的規(guī)律，為流動和再生模型的研究提供了很好的理論基礎(chǔ)。
　　（2）基于過濾體內(nèi)灰燼沉積特征建立了微粒捕集器孔道內(nèi)流動模型，并對微粒捕集器的壓降損失數(shù)學(xué)模型進(jìn)

5、行了修正，利用臺架試驗(yàn)驗(yàn)證了微粒捕集器的流動模型和壓降損失模型，分析了沉積灰燼對過濾體孔道內(nèi)氣流速度的影響，得到了灰燼深床沉積階段壁面微觀結(jié)構(gòu)隨灰燼沉積變化的規(guī)律，以及灰燼沉積對壓降特性的影響。
　?。?）考慮沉積灰燼層對再生過程中排氣流動及傳熱特性的影響，建立了灰燼沉積狀態(tài)下的微粒捕集器熱再生模型，并利用發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)對其進(jìn)行了驗(yàn)證，分析了不同微粒和灰燼沉積量下微粒捕集器再生時(shí)過濾體內(nèi)流場和溫度場的變化規(guī)律，揭示了過濾體進(jìn)口孔道

6、流速、壁面滲流速度、微粒氧化速率以及再生過程中壁面溫度隨沉積灰燼及其形態(tài)的變化規(guī)律，獲得了不同沉積灰燼量下過濾體的最大微粒承載量。
　?。?）根據(jù)過濾體的孔道結(jié)構(gòu)及其灰燼沉積特征，設(shè)計(jì)了一種非對稱八邊形孔道結(jié)構(gòu)的過濾體，通過增加進(jìn)出口孔徑比例增加進(jìn)口孔道的容積，達(dá)到了增加過濾體灰燼承載量，延長微粒捕集器的使用壽命的目的；同時(shí)，分析了非對稱孔道孔徑比例對微粒捕集器流動和再生特性的影響，揭示了非對稱孔道比例對灰燼最大承載量的影響。

7、r>　　（5）針對灰燼沉積改變微粒捕集器流動和再生特性，提出了一種實(shí)時(shí)更新再生控制系統(tǒng)中的再生時(shí)機(jī)和終止判斷 MAP圖以及控制程序的思路，對微粒捕集器的整個(gè)再生控制流程進(jìn)行了優(yōu)化，使其能在再生時(shí)做到再生時(shí)機(jī)判斷精準(zhǔn)，過程控制精細(xì)，終止判斷及時(shí)，防止再生失控導(dǎo)致微粒捕集器失效以及不必要的能量消耗。
　　本文主要研究了沉積灰燼對微粒捕集器工作特性的影響，并基于此，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和再生控制策略進(jìn)行了優(yōu)化研究。本文的研究工作不僅能為準(zhǔn)確預(yù)測