第1期（总第234期） 2018年2月
车用发动机 VEHICLEENGINE
算邮得球
唐成章,毕玉华,徐松，申立中，雷基林
（昆明理工大学云南省内燃机重点实验室，云南昆明650500）
No (Serial No 234)
Feb 2018
摘要：利用GT-Power软件，分别建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)和D19柴油机的仿真模型，并把二者进行耦
合，研究了DPF对D19柴油机的功率、担矩、缸压及燃油消耗率等方面的影响。研究结果表明，加装DPF会使发动机排气背压升高，输出功率与担矩下降，缸内最高燃烧压力降低，燃油消耗率上升，且随着载体内颗粒物数量的增加，这种趋势更为明显：当DPF内炭烟加载量接近满载达到1O/L时，D19发动机的功率、担矩已有明显的下降趋势，在高转速下最高降幅达4%左右，燃油消耗率增幅为3%左右。
关键词：颗粒捕集器（DPF）：柴油机排气背压：仿真 DOI : 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 01 009
文献标志码：B：
中图分类号：TK4215
文章编号：1001-2222(2018)01-0050-05
柴油机以其良好的动力性、经济性和低CO2排
放而目益受到重视。在全球范围内，柴油机被广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域1-2]。然而.由于柴油机排气中含有大量的颗粒（PM）,这些颗粒粒径小、质量轻，能长时间悬浮在大气中，容易被人体吸人并沉积在肺泡中，对人类健康造成极大的危害，且随着城市柴油车保有量的持续增加，柴油机排放的题粒成为城市中的一个重要污染源3-4]。为了满足日益严格的排放法规要求.需要进一步降低柴油机颗粒排放，以减轻对大气环境和人类健康造成的危害[5-6了。因此，严格控制柴油机颗粒物的排放已成为当务之急。
从技术层面上看，仅靠改进机内过程和燃油品质等措施来降低柴油机PM的排放量会趋于极限，并且很多降低PM排放的机内措施会导致氮氧化物(NO，)排放量上升7-8]。因此，必须对柴油机排出的PM采取机外后处理技术，才能满足未来更为严格的排放法规。目前，使用柴油机颗粒捕集器(DPF）)对炭烟颗粒进行捕集是减小尾气中颗粒物量有效、最便捷的方法。目前，国内外对颗粒捕集技术的研究主要集中在过滤材料、颗粒捕集性能以及 DPF再生方法和再生特性的研究9-10」,针对DPF对柴油机性能影响的研究很少。一般认为，当DPF产生的柴油机排气背压超过20kPa时柴油机的性能
收稿日期：2017-07-18；修回日期：2017-11-22
将显者著恶化，因此将捕集器再生时排气背压的上限限定为20kPa11]。本研究通过使用GT-Power软件对DPF和D19柴油机进行建模分析，研究了 DPF对D19柴油机动力性和经济性等方面的影响，研究结果以为DPF在D19柴油机上的正确便用
和再生控制策略研究提供依据。 1DPF数值模拟理论基础
对柴油机DPF展开一维与三维的仿真研究，首先要明确其结构特点与捕集原理，其次要遵循流体力学与化学反应动力学等基本理论，选择合适的捕集与再生模型，准确可靠的数学模型是性能预测的坚实基础[12-13]。
1.1柴油机DPF的捕集模型
在GT-Power中,通过对捕集模型进行合理设
置可以准确预测到载体捕集的颗粒物数量。对于壁流式柴油机DPF，其捕集机理主要涉及扩散、拦截与惯性碰撞等，因此，对炭烟颗粒捕集可以看成是以上3种捕集机理的协同作用14。
图1示出了DPF捕集模型的简化图。当排气进入多孔区域后，由于孔道出口处有规律性的间隔封堵，排气只能通过过滤壁从相邻孔道排出，排气中携带的炭烟颗粒由于直径较大，无法通过过滤壁，因而被截留在孔道壁面上。
基金项目：国家自然科学基金项目（51466003）；云南省科技强省计划项目（2015AA024）作者简介：唐成章（1992—），男，硕士，主要研究方向为案油机后处理，787735437@qeom