缸内直喷汽油机微粒捕集器性能及结构优化的仿真研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文缸内直喷汽油机微粒捕集器性能及结构优化的仿真研究论文作者：邓志坤学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：动力机械及工程指导教师：张铁臣职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPowerMachineryandEngineeringSimulationtoPerformanceandStructureOptimizationofGasolineParticulateFilterbyDengZhikunSupervisor

2、:Prof.ZhangTiechenDecember2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2016.12关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供

3、本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2016.12导师签名：日期：2016.12摘要缸内直喷汽油机将燃油直接喷入气缸内，使发动机对负荷的控制可以达到与柴油机类似的『质调节』，同时燃油蒸发雾化有助于降低缸内温度，有效地提高充量系数，并使汽油机能够达到更高的压缩比。当前大多数直喷机虽然仍采用均质当量比进行混合气配比，但相比传统进气道喷射汽油机，动力性与经济性仍有优势。然而缸内直喷汽油机在微粒排放方面有

4、一定的劣势，由于混合气形成时间较短，出现局部较浓与局部较稀的局面，这使得微粒排放大大增加。在排放法规逐渐严格的趋势下，欧Ⅵ与国Ⅵ报批稿都对汽油机微粒排放进行了限制。为使缸内直喷汽油机能够在严格的排放法规下继续使用，势必要通过新技术以控制其微粒排放。研究主要针对汽油机后处理装置——汽油机微粒捕集器（GPF）。微粒捕集器内部的独特构造以及多孔介质的使用使得发动机排气中的微粒能够有效去除。柴油机微粒捕集器（DPF）的作用在大规模使用过程中已经能够有效证明，但移植到汽油机上的的效果还需研究进行验证。因此，本研究搭建了缸内直喷汽油机的试验台架用以收集相应数据作为模型的边界条件；同时对GPF

5、进行了数学建模，以探究GPF的工作特性并进行结构优化的研究。研究结果表明：1.将发动机与现有的GPF进行台架试验后，通过对比发动机原排与加装GPF的试验结果上可以看出，汽油机核态颗粒物数量较多，汽油机微粒粒径分布呈双峰样式。GPF对核态颗粒物以及积聚态颗粒物均有明显的过滤效果。2.在GPF仿真模型中添加了微粒再生模块进行计算，结果表明GPF能够有效地捕集汽油机微粒，并且在长时间运行中其压降保持在10kPa左右，能够保证发动机对背压的要求。加装了GPF后的发动机动力性有所下降，油耗有所上升，但并不明显。3.将空气流量分别设置为0.01kg/s、0.02kg/s、0.03kg/s，颗

6、粒物质量与进气质量之比分别为2×10-4、2×10-5、2×10-6，计算后发现GPF的过滤效率随着排气流量的增加而有所下降；GPF的过滤效率在较高的颗粒比例下过滤效率较高。4.对GPF结构进行选择计算，将壁厚分别设定为4mil、8mil、12mil，孔目数分别设定为220、350、480，经过计算后发现，壁厚对于捕集器的影响较大，随着壁厚的增加，捕集器的效率有所提高；但是孔目数对于GPF的捕集I效率影响较小，过滤效率基本不变。另外，改变了排气的温度进行计算，由于尾气温度在排气系统沿程不断降低，以此反应安装位置对GPF性能的影响。结果表明：温度对微粒的累积影响不大，对微粒再生影响

7、明显。关键词：缸内直喷汽油机粒捕集器过滤效率结构优化IIABSTRACTThegasolinedirectinjectionengineejectsfuelintocylinderdirectly,whichmakesenginecontroltotheloadcanreachtheeffectjustlikethequalityregulationofthedieselengine,meanwhile,fuelevaporationatomizationhelpstoreduc