重型车用柴油机DPF系统主被动再生研究

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1、重型车用柴油机DPF系统主被动再生研究（申请清华大学工程硕士专业学位论文）培养单位：汽车工程系工程领域：动力工程研究生：胡国强指导教师：帅石金教授联合指导教师：顾善愚高级工程师二〇一七年十一月ActiveandPassiveRegenerationofDPFSystemforHeavy-dutyDieselEnginesThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMast

2、erofEngineeringbyHUGuoqiang(PowerEngineering)Supervisor：ProfessorSHUAIShijinAssociateSupervisor：SeniorEngineerGUShanyuNovember，2017摘要摘要柴油机颗粒捕集器（DPF）对排气中颗粒物的过滤效率一般高达90%以上，是降低柴油机颗粒排放污染物的有效技术。随着排放法规的不断升级，DPF成为柴油车满足国六法规必须使用的关键技术之一。DPF在国内研究和应用的经验还比较少，尤其是DPF的主被动再生特性。本

3、文探讨了DPF主动再生过程涉及到的碳加载、温度场以及安全性和经济性等问题。通过试验确定了降低燃油喷射压力的快速碳加载方法，发现快速加载的DPF碳再生特性与柴油机实际运行时的碳加载再生特性接近。对DPF内部温度场进行了测试，得到了最高温度和最大温度梯度部位。开展了DPF主动再生安全性和经济性的优化，分析了排气流量、碳载量和再生温度等对再生时DPF内最高温度和再生油耗率的影响；采用再生最高温度与再生油耗率折中（trade-off）曲线的方法，优化得到最佳的再生温度为600°C。急掉怠速（DTI）试验进一步确定了再生安全碳载

4、量为4g/L。由再生经济性曲线得到在各个再生条件下的最佳再生油耗率，并以此确定再生最佳终止时刻为碳载量1g/L左右。根据一般车辆的平均排气流量以及颗粒排放水平，估算出再生油耗约占发动机正常油耗的0.15~0.3%。本文研究了入口温度、碳载量等几个因素对DPF被动再生速率的影响，其中DPF入口温度和碳载量对被动再生速率有明显影响。入口温度在250°C左右时，被动再生速率非常缓慢，再生速率不足1g/h，但相同碳载量下入口温度在320°C时在再生速率可达到10g/h左右。碳载量的影响在一定范围内呈现较好的线性关系，碳载量超过

5、5g/L时，高碳载量对被动再生速度提升的影响变得不显著。此外，本文还探讨了实现DPF连续被动再生的可能性。以代表城市道路居多的世界统一瞬态测试循环（WHTC）和代表城市道路、乡村公路、高速公路等比例组合的欧洲瞬态循环（ETC）为参考进行了分析。由于WHTC循环平均温度较低，即使使用了先进的空气控制系统，DPF入口的平均温度可达到250°C左右，若在25°C环境温度下，根据试验结果估算一般环境温度下循环PM排放为0.022g/kW.h以下时，可使用连续被动再生；而ETC循环平均排气温度较高，ETC循环DPF入口平均温度达

6、到290°C即可满足0.03g/kW.h的PM排放量的被动再生能力。连续被动再生与环境温度有较大的关系，在寒冷天气和寒冷地区有待于实车验证。关键词：DPF再生；碳载量；主动再生；被动再生IAbstractAbstractDieselParticulateFilter(DPF)isaneffectivetechnologytoreducetheparticulateemissionsfromdieselengines.ThefiltrationefficiencyofDPFisnormallyover90%.Withth

7、econtinuousupgradingofemissionregulations,DPFhasbecomeoneofthekeytechnologiesfordieselvehiclestomeettherequirementsofChinaVIemissionregulation.InChina,researchandapplicationexperienceespeciallyfortheDPFregenerationtechnologyofDPFisstillinsufficient.Thispaperdeal

8、swiththeproblemsofsootload,temperaturefield,safetyandeconomyintheprocessofDPFactiveregeneration.Throughsomeexperiments,themethodofreducingtherailpressureofthefuelinje