比较精力充沛的主动和被动分析排放控制系统采用标准的排放测试周期

文摘

当前工作的目的是分析和比较主动和被动后处理系统的热性能。一维瞬态模型已经发展为了评估固体之间的热交换和废气和估计的能量装置的有效性。此外,发动机运行条件的影响对排放控制系统的性能研究考虑标准排放测试周期。分析表明,主动流动控制提出了更高的热惯性和似乎更适合维持转换器初始温度水平长时间后发动机负荷的变化。相反,传统的被动流量控制比当快速“冷却”或“加热”固相的要求。此外,调查了重大影响的周期时间和转换器长度的充满活力的表演后处理装置。

1。介绍

高效的开发和优化后处理系统基本键来满足越来越多的严重的汽车尾气排放法规(1,2]。大量的数值和实验调查被执行在过去几十年里提高精力充沛的排放控制系统的性能,降低发动机尾气排放(3,4]。通常,低温废气的稀薄燃烧发动机实施的补充燃料,以保证适当的热水平标准后处理系统。因此,一个不可忽视的燃料点球和引擎效率产生负面影响。特别是高温需要启动和维持氧化催化剂的点火条件(OCs),再生柴油微粒过滤器(dpf),并允许精益的脱硫过程陷阱(lnt) [5,6]。此外,回顾文献显示,所有的排放控制系统需要适当的操作温度和一个精确的流控制来保证可靠和有效的流程。如今,被动流量控制代表了传统技术解决方案主要采用汽车业务与排放控制系统内的单向流动。

相反,在过去的几年里,一个创新的提出了主动流动控制,以确保正确的热水平节能后处理操作和减少添加补充燃料(5,7]。新战略是基于逆流的控制系统和排气流经后处理装置(图1)。具体来说,废气会定期通过阀门切换这两个系统之间结束(8]。周期由向前和向后操作和它的定义是对称的,如果两个连续过程持续相同的时间。

这项工作旨在比较后处理系统的能源效率和主动和被动策略。排放控制系统上的一些研究文献中存在,而一些调查参照活跃的流控制。分析的重点在于系统的热行为比较不同的流量控制策略和量化后的后处理系统响应突然发动机负荷的变化。欧洲固定排放测试循环(ESC)一直被视为和周期的影响和后处理的长度在精力充沛的表演被调查。

2。数值模型

一维单通道瞬态模型被用来模拟热废气和后处理系统之间的交流。分析了一个结构化的庞然大物。提出的数值代码模拟了热交流在一个单通道的后处理系统。基本模型假设如下:工作流体是理想混合物,一维非定常流和绝热系统向环境。的催化反应是不考虑结果可以扩展到一个通用后处理系统,结构化的填充床。

按照文献[9),废气的成分计算燃烧的C₁₂H₂₄过量空气。指的是控制音量,热交换可以描述如下: 在哪里是传热系数;是纵向坐标;是英吉利海峡周边;是一个单通道的交叉区域;是气体温度;是固体温度;单位面积上的质量流率吗;工作流体的比热。

庞然大物温度计算按照下列能量平衡固相: 在哪里的比热固相;是固体密度;是通用的。

解决了方程有限差分格式。更详细的模型和相关验证报告在文献[10,11]。

传热系数得到的函数雷诺兹(Re)和普朗特(Pr)数字,使用相关归因于大白鲟[12Rafidi和Blasiak[]和采用13]研究热交换在一个结构化的庞然大物:

3所示。操作条件

整体结构的几何特点和操作条件后处理系统如表所示1典型的生产重型柴油发动机。

首先,后处理“冷却”和“加热”过程。特别是,在冷却阶段,废气进入系统在200°C,虽然最初的固体温度为700°C。这对应于一个突然减少引擎负载经过长时间满负荷操作(5]。相反,在加热过程中,废气温度设定在700°C,虽然最初的固体温度为200°C。

此外,评估发动机操作条件的影响,积极主动和被动排放控制系统的性能,不同的发动机条件已经实施。首先,逐步提高发动机转速,紧随其后的是一个一直被视为进步的速度下降。

先后,这两种控制策略相比,在一系列的稳态模式根据欧洲固定周期(ESC) [14,15),测试由13模式对应不同的引擎速度和载荷图2。具体来说,发动机负荷百分比对应于0,25岁,50岁,75年,100%,发动机的速度,,计算如下: 在哪里是最低的发动机转速对应于最大净功率的50%;是最高的发动机转速对应于最大净功率的70%。

热的性格化表演的排放控制系统是通过温度曲线的分析和评估的意思是固体温度()在后处理设备: 以前的工作表明,天然气和固相之间的温度差异可以忽略不计,倾向于减少操作时间(16- - - - - -19]。

最后,循环时间的影响和后处理几何特征已被调查。

4所示。结果

瞬态数值模型被用来预测热排放控制系统的充满活力的表演和主动和被动流量控制,分别。

图3(一个)说明了固体温度的演变以及排放控制系统作为时间的函数。这个数字指的是被动流量控制模式。排气质量流率是100 g / s。固体的初始温度对700°C,而废气温度为200°C。这个操作在低负荷条件下模拟废气引擎操作在长时间的高负荷(5]。

调查强调了操作时间的巨大影响庞然大物内的温度分布。排放控制系统的主要部分是几乎完全冷却后30秒,在出口时,温度的值是接近700°C。此外,固体出现完全冷却后100秒。

温度的演变概况与先前的主动流动控制操作条件如图3 (b)。周期时间是20秒。分析显示,逆流操作决定了不同的后处理装置内的温度分布。最高温度的值位于中部地区的系统,逐步减少从大约650°C在30秒到460°C 100秒。

与获得的结果与传统的单向流动的比较突出了大热的保留能力活跃的排放控制系统。具体来说,被动控制系统,100年代后固相几乎完全冷却。相反,主动控制维护庞然大物中央地区更高温度的值。增加了大约260°C。当需要高温,合适温度的反向流控制决定了维护系统的正确操作,甚至在稀混合气条件下和低加载操作,没有额外的燃料。因此,活跃的技术允许一个显著的能源节省的被动控制策略。

图4显示了平均温度对比的排放控制系统内的两种操作模式。结果证实了系统的温度没有回流落在排气温度(200°C)后100秒。发现近47%的价值更高的主动控制时系统的使用和热水平达到230°C 300秒后,温度的值高于13%的相应值被动流量控制。这些差异是由于热扭转操作的保留特性越好。

主动和被动之间的比较操作重复考虑固体加热过程,以分析详细逆转流控制的效果(图5)。特别是,固体初始温度为200°C,废气的温度为700°C,和排气的质量流量是100 g / s。这个条件对应于高负荷发动机操作后长期的低负载操作。当采用被动控制(图5(一个)),转炉主要地区几乎完全加热30秒后,当另一端保持温度的值接近200°C。然而,后处理系统出现完全加热(接近700°C)后70秒。

主动流动控制的温度资料在加热过程中在图所示5 (b)。与之前的结果反映出一种主动控制系统的热惯性,因此,一个更大的延迟到达热水平很高。具体地说,在100年代后处理系统的核心部分的温度低于440°C。后处理系统内的平均温度资料证实已经讨论过的结果。

评估引擎操作条件的影响,积极主动和被动排放控制系统的性能,逐步提高发动机转速,紧随其后的是一个进步的速度减少,已考虑。每个引擎政权一直保持120年代显示在表2,总结了排气质量流率和相应的排气温度随着发动机转速的函数。数据引用多缸柴油机与涡轮增压器的性能估计使用一个商业代码(AVL Boost)。

排放控制系统内平均温度资料绘制在图6。单向流动的操作的特点是平均温度较低的热惯性和设备概要文件复制输入步骤引擎负载变化更准确。具体来说,当发动机转速增加,被动系统的平均热面高于活跃的一个。相反,被动系统的平均温度下降速度随着发动机转速降低。

最后,两个控制策略相比,在一系列的13稳态模式根据欧洲固定周期(ESC)。表3总结了操作条件(20.]。

图7描绘了在模拟固体的开始和废气温度相同(194°C)。因此,在第一次4分钟热交换缺席。加热过程(甚至模式)的气体和固体加热,正如已经讨论的,被动控制达到更高的平均温度。温差最大的被动和主动控制是发现在第二模式(150°C)。

当负载降低(奇怪的模式)被动系统的温度迅速降低,而有源系统的热惯性保持更高的温度。

为了详细调查的影响流控制策略在后处理热行为,循环时间的影响进行了分析(图8)。相关的平均温度曲线,主动控制后处理系统,悬链线。在第二模式,第一个反演之前,系统主动控制的行为作为一个被动的后处理装置和主动和被动配置文件重叠。此外,循环次数越高,热惯性越低,和,因此,意味着固体温度往往被动行为。

最后,大型设备的影响长度平均热面如图9。

情节是指四个庞然大物长度(从300年到600 mm):庞然大物长度越高,热惯量越高。被动流量控制提出了平均温度略有不同的配置文件。相反,对于积极配置,结果强调,减少操作时间的差异。作为一个例子,通过增加后处理长度从300到600毫米,平均温差达到122°C和37°C在360和1440年代,分别。

分析表明,如果需要高温后处理系统的正常运行,主动控制是有用的在低负荷运行条件与固体高温。相反,被动控制系统建议在热身阶段和/或加速冷却或加热过程。

根据发动机负荷和请求的转炉热水平,主动和被动流的耦合操作代表了容易保证最高的能源效率的解决方案。

5。结论

一维瞬态模型已经发展为了分析和比较被动和主动的充满活力的表演排放控制系统。具体来说,数值模型使热交换的计算和固体和废气的温度资料。

发动机负荷对系统行为的影响进行了分析和周期的影响,庞然大物长度对系统的能源效率研究。这个目的,两个序列的稳态模式实施。第一个操作是基于一个进步提高发动机转速,紧随其后的是一个进步的发动机转速下降。欧洲固定周期(ESC)对重型柴油发动机也会考虑。

主动和被动流量控制的比较显示,最大的热惯性的反向操作。当负载增加时,有源系统的温度略有高涨,而被动的低热惯性系统决定了更高的温度。相反,减少发动机负荷产生高温回流配置。

主动控制显得更为适合长时间保持坚实的初始温度水平在引擎负载突然变化后,甚至在稀混合气条件下和低加载操作。传统的单向操作时最好快速冷却或加热后处理系统的要求。

此外,能源性能的数值研究表明,主动控制方法的被动控制系统随着循环时间的增加。

最后,显著影响转炉长度的热力系统行为进行了分析:庞然大物长度越高,热惯量越高。特别是,主动流动控制的温度资料的差异作为设备的函数长度减少操作时间。

承认

作者要感谢AVL列表GmbH是一家提供的AVL Boost软件。

引用

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