一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法技术

一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法，包括以下步骤：步骤一：搭建仿真模型，采用AVL

【技术实现步骤摘要】
一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法


[0001]本专利技术涉及柴油机仿真计算
，具体为一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法。

技术介绍

[0002]柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，简称DPF)是一种安装在柴油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，它将尾气中的颗粒排放物质进入大气之前将其捕捉。
[0003]DPF的再生过程中，会伴随有成分生成与残留。这些始终无法燃烧去除的成分聚积在DPF内部，包括孔道末端和孔道壁面都有分布，称之为灰分。灰分的成因主要有以下两个具体来源：其一是来源于汽车在气缸内用于清洁、防氧化、防腐蚀的润滑油添加剂经过燃烧的残留物质；其二是来源于部分汽车燃油的添加剂的燃烧残留物质，它们原本的作用在于DPF再生过程中降低碳烟微粒的起燃温度。当燃油燃烧后，这些添加剂的燃烧残留物聚积在DPF孔道和孔壁内，就形成了灰分。聚积在DPF中的这部分灰分对DPF的再生起了阻碍作用，降低了DPF的再生效率。首先，如果灰分聚集在孔道末端，那么会相应减少DPF孔道的有效过滤长度，如果灰分聚积在孔道壁面，那么会相应减少DPF的有效过滤面积，这降低了DPF的有效过滤体积，导致了更高的再生频率。其次，灰分对DPF内部孔道起到了堵塞的作用，这会增加柴油机排气成分流动阻力，进而增加DPF内部的背压，当排气流动阻力大于某一特定值时甚至会影响发动机的进气效率，进而恶化发动机的性能。因此，研究灰分对DPF碳烟捕集及再生性能的影响可以有助于掌握提高DPF过滤效率的规律，对完善其可靠再生具有不可忽视的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法，提出了DPF中灰分分布规律等对DPF的捕集性能、主动再生频率以及主动再生最高温度等参数的影响曲线，并综合得出DPF捕集与再生的最优化设计方案。
[0005]一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：搭建仿真模型，采用AVL
‑
Boost软件的Boost Exhaust Gas Purifier Module模块，建立柴油机DPF的数值仿真模型，并且在AVL
‑
Fire ESE后处理模块中输入试验用143mm
×
152mm型号的碳化硅滤芯的相关边界条件；
[0007]步骤二：设置仿真模型的参数，以灰分初始含量为单一变量，设置灰分的分布系数Z的取值范围：0＜Z＜1，Q＝20g/s，CPSI＝300，灰分渗透率设置为2E
‑
14m2，计算灰分对DPF内部压降的影响。
[0008]优选的，步骤二中，灰分的初始含量分别为20g/L、30g/L、40g/L和60g/L。
[0009]本专利技术的优点和技术效果是：
[0010]本专利技术的一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法，以初始灰分量为单一变量，得出其对DPF捕集与再生影响的仿真曲线，并综合得出DPF捕集与再生的最优化
设计方案；经曲线分析得出以下仿真优化方案：较大的灰分分布系数、较小的初始灰分量等，更有利于实现DPF的节能和有效再生。
附图说明
[0011]图1为本专利技术中的初始灰分量和Z对DPF压降的影响曲线图；
[0012]图2为本专利技术中的初始灰分量对DPF再生频率的影响曲线图。
具体实施方式
[0013]为能进一步了解本专利技术的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本专利技术的保护范围。
[0014]本专利技术优选的，由于灰分在DPF孔道内部的分布集中在孔道底部和孔道壁面，因此定义灰分的分布系数Z来表示灰分的具体分布情况。Z＝0即意味着灰分全部聚积在DPF孔道末端并形成与孔道横截面形状相同的近似柱塞，此时相当于DPF孔道的有效过滤长度缩短，缩短的长度正是灰分形成的柱塞的长度。Z＝1即表示所有灰分均匀沉积在孔道壁面上，此时相当于DPF的有效过滤孔径变小。实际工况中，DPF孔道内部的灰分不可能完全聚积在孔道末端或是完全平铺于孔道壁面，那么Z的取值范围应该是介于0和1之间，即0＜Z＜1。利用灰分分布系数Z，即可较为直观的反映出灰分在DPF孔道内聚积情况。
[0015]本专利技术的本专利技术的一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法，用于研究DPF捕集与再生的最优化设计方案，其实施例如下：
[0016]1、灰分对DPF内部压降的影响分析：
[0017]灰分初始含量分别设置为30g/L和60g/L。0＜Z＜1，Q＝20g/s，CPSI＝300，灰分渗透率设置为2E
‑
14m2。灰分初始含量期望值越小越好，为0则是理想状态，尽管DPF实际工作时并无法实现。由图1可知，随着灰分分布系数Z的增大，对应DPF过滤体的总压降均呈现下降趋势。这是因为分布系数Z较小时，灰分趋向于累积在DPF过滤体末端形成与孔道横截面相同形状的柱形塞子，相当于降低了过滤体的有效过滤长度，且孔道直径很小，这就使得过滤体通过效率显著下降，背压上升明显，使过滤孔道内总压降上升。相反，随着灰分分布系数Z增大，灰分在过滤体孔道内趋向于分布在过滤孔孔道周围，相对来说比Z数值小的情况下更加均匀，虽然一定程度上减少了过滤孔有效过滤直径，但是径向的气体通过性影响小于Z小的情况，尾气更易于通过载体，减少了整体的DPF总压降。
[0018]2、灰分对DPF主动再生频率的影响分析：
[0019]如图2所示，初始灰分量越大，DPF过滤体总压降越高。同时可以看到初次主动再生时，初始灰分量最小的情况下(20g/L)，DPF压降累积达到背压安全极限时对应的时间约108s，此时背压会接近DPF安全限值，影响缸内进排气，进而影响缸内燃烧，必须对DPF进行主动再生。而初始灰分量为30g/L时达到背压安全极限对应的累积时间约为55s，进行初次主动再生的时刻相比前者要提前了一半，即相比初始灰分量为20g/L时的主动再生频率提高了将近一倍，这就对应提升了主动再生的能源消耗。
[0020]结论：综合考虑，较大的灰分分布系数及较小的初始灰分量，更利于实现DPF的节能、有效再生。
[0021]本专利技术的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
[0022]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车用催化器灰分含量对节能再生的优化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：搭建仿真模型，采用AVL
‑
Boost软件的Boost Exhaust Gas Purifier Module模块，建立柴油机DPF的数值仿真模型，并且在AVL
‑
Fire ESE后处理模块中输入试验用143mm
×
152mm型号的碳化硅滤芯的相关边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦鹏昊，张文，
申请(专利权)人：天津电子信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：