WIJKERSON威爾克森微粒過濾器降低柴油機微粒分析
聯合使用高過濾效率的紅外再生微粒陶瓷過濾器和廢氣再循環(EGR),同時降低柴油機的微粒排放和NOx排放。試驗結果表明:本文研究開發的柴油機微粒陶瓷過濾器平均過濾效率在95%以上,達到歐Ⅲ及以上微粒排放標準;基于寬范圍氧傳感器(UEGO)的閉環控制柴油機EGR系統能有效地降低NOx排放,NOx的降低率zui高可達42%,平均降低率約為30%。

WIJKERSON威爾克森微粒過濾器降低柴油機微粒分析
通過試驗對柴油機WIJKERSON微粒過濾器的過濾特性和再生特性進行了基礎研究。過濾試驗表明:壁流陶瓷具有良好的過濾效率,平均過濾效率在95%以上。壁流陶瓷的壓降近似線性增長。在6120柴油機臺架上,排氣煙度為3BSU時,單個過濾器持續工作時間達2個小時以上,兩個過濾器同時使用,具有較長的再生間隔時間,可以滿足實際車輛的需要。再生試驗表明:微粒沉積量對再生過程有重要的影響。微粒量多,再生溫度高,過多將導致陶瓷內部熔融;微粒量少則再生溫度低,過少則導致再生不穩定甚至終止。微粒物質量在適當范圍內時,具有的再生性能綜合指標。過濾器利用柴油機排氣作為再生氣流。再生氣流對再生過程有很大的影響,具體表現為再生氣流的氧含量對燃燒的影響和氣流流動對熱量傳輸的影響。再生氣流流量小,由于氧氣不足再生緩慢;流量大,則因為排氣溫度低于燃燒溫度,再生氣流具有冷卻作用,也會導致再生困難。調節再生氣量是控制再生過程的關鍵問題,需要進一步的優化。通過調整加熱器流通孔的分布密度和調整電熱絲在輻射盤上的分布密度,以及采用雙層殼體過濾器,過濾器再生性能綜合指標得到進一步提高。從多孔介質理論出發,推導了壁流陶瓷壓力降與柴油機運行參數間的關系。由試驗數據應用線性回歸解出待定系數,得到壁流陶瓷壓力降與柴油機轉速和排氣溫度的關系。由上述關系確定的再生時機能將微粒物質量控制在適當的范圍內,解決了實際應用中過濾器再生時機的確定這一關鍵技術難題。從流體力學基本原理出發,結合柴油機的特點,推導出了再生調節閥開度與負荷、排氣溫度和背壓間的函數關系。實際應用時,分兩步來確定再生調節閥開度。首先根據基準負荷調節閥開度MAP確定對應基準負荷的再生調節閥開度,然后根據實測的負荷由開度修正公式進行修正。這樣確定的再生調節閥開度能實現再生時氧氣流量基本不變的目標,滿足實際應用的要求,解決了實際應用中過濾器再生廢氣量控制這一關鍵技術難題。由ECU自動控制再生調節閥開度時,在柴油機穩態工況和瞬態工況下進行了再生試驗。再生溫度變化平緩,陶瓷中心峰值溫度被控制在1000℃以下,徑向溫度梯度低于30℃/cm,再生效率平均可達80%以上,再生過程穩定,再生成功率97%以上。在WIJKERSON微粒過濾器的基礎上,建立了具有清潔再循環廢氣的、基于寬范圍氧傳感器(UEGO)的閉環控制柴油機EGR系統。用UEGO測得的空燃比作為反饋信號進行閉環控制,使EGR系統的控制與柴油機的混合比和燃燒狀況緊密地結合在了一起,基本消除了柴油機制造公差、磨損、燃油成分改變、以及環境條件的變化對NOx降低效果的影響,能充分發揮EGR系統降低NOx的潛力。

WIJKERSON威爾克森微粒過濾器降低柴油機微粒分析
UEGO在柴油機上的應用正順應了的研究動向——柴油機的λ控制技術,可以認為,基于UEGO的EGR系統是柴油機λ控制技術的一個重要組成部分。在柴油機穩態工況下,通過試驗測定了不同空燃比時,NOx、HC、CO、煙度和油耗的變化。通過對測試數據的分析,確定了*空燃比MAP。