为了满足更加严格的排放标准,柴油机除采用先进的机内净化技术外,还必须采用复杂的机外净化技术。柴油机微粒捕集器(DPF)是最高效、便捷的机外净化技术,其捕集效率高达90%以上。DPF再生时刻精确判断和对再生过程的动态、精密控制是提高再生效率的关键因素,捕集阶段流动分布不均匀性会导致再生时壁面温度峰值与温度梯度过高,产生热应力,损坏DPF。因此研究DPF捕集性能与再生效率影响因素,对于提高DPF后处理性能与可靠性具有重要意义。论文以道路用高压共轨柴油机后处理系统为研究对象,采用数值模拟仿真与台架试验结合的方法,建立了 DPF三维仿真模型,对DPF捕集阶段内部速度分布、微粒沉积分布、压降损失规律进行了研究,对DPF再生阶段其微粒燃烧效果、壁面温度分布、压降损失规律深入分析,同时基于正交试验设计进行了多因素对捕集与再生的影响规律分析。研究结果如下:(1)碳烟加载过程仿真分析DPF平均流速沿轴向方向先递减后递增,而沿径向方向递减;随着捕集的进行,不同位置处的平均流速先迅速增大,后逐渐减小;微粒沉积沿轴向呈“凹形”分布,沿径向变化较小;压降损失随碳烟量增加而增加。(2)捕集过程影响因素分析对比扩张管锥角、孔目数、排气流量、排气温度对捕集特性的影响,DPF平均流速均随扩张管锥角、孔目数、排气流量、排气温度的增大而增大;平均流速和微粒沉积沿径向分布的均匀性随扩张管锥角增大而变差;平均流速和微粒沉积沿轴向分布的均匀性随孔目数增大而变差,随排气流量的增大,平均流速和微粒沉积沿轴向、径向分布的均匀性变差;压降损失随排气流量、排气温度的增大而增大,但扩张管锥角对压降无太大影响。当孔目数大于300时,其压降损失随孔目数的增大而增大,孔目数为200、300时,压降差异不大。(3)再生过程仿真分析燃烧初期碳烟量急剧下降,后期下降速率平缓;燃烧初期和燃烧后期碳烟量下降速率沿轴向方向增大,其中燃烧初期碳烟量下降梯度较大,后期平缓;沿径向方向,燃烧初期和燃烧后期碳烟量下降速率减小,其中燃烧初期碳烟量下降梯度较大,后期平缓。提温预热阶段,壁面温度急剧上升,燃烧初期壁面温度继续提升到峰值后急剧下降,燃烧后期下降平缓;壁面温度峰值沿轴向依次逐渐增加,而沿径向变化较小,燃烧后期,轴向、径向方向的壁面温度都逐渐趋于一致;在提温预热阶段压降损失急剧上升,随大量碳烟燃烧其压降急剧下降最终趋于缓慢。(4)再生过程影响因素分析对比碳烟分布类型对再生特性的影响,“凹形分布”剩余碳烟量为0.88g/l,再生效率更高,“逐渐减少型”末端壁面温度峰值最高,“逐渐增加型”前后两端壁面温度峰值差值最大;“均匀分布型”压降损失峰值最高。对比入口温度、排气氧含量对再生特性的影响,燃烧初期碳烟燃烧速率随入口温度、排气氧含量的增大而增大,燃烧后期碳烟燃烧速率随入口温度、排气氧含量的增大而逐渐减缓;壁面温度峰值随入口温度、氧含量的增加依次增加,到达的温度峰值的时间点也随之缩短,所受的热冲击随之增大;压降损失峰值随入口温度增加而增加,随氧含量的增加而减少,但当入口温度高于580℃后,压降损失峰值不再增加。对比初始碳烟量对再生特性的影响,燃烧初期碳烟燃烧速率随碳烟量增加而增加,后期碳烟剩余量逐渐趋于一致;轴向不同位置处的壁面温度峰值随初始碳烟量的增加而增加,受到热冲击也随之增大;压降损失峰值随碳烟量的增加而增加,燃烧后期压降逐渐趋于一致。(5)基于正交试验设计对捕集和再生阶段影响因素敏感性分析从DPF捕集阶段扩张管锥角、孔目数、排气流量的多因素正交试验结果可知:排气流量是轴向/径向气流速度分布均匀性及压降损失峰值的首要影响因素;受孔目数影响最大的是轴向微粒沉积分布均匀性;而受扩张管锥角影响最大是径向微粒沉积分布均匀性。从DPF再生阶段入口温度、排气氧含量、初始碳烟量的多因素正交试验结果可知:对碳烟燃烧剩余量和壁面温度峰值影响最大的因素是入口温度,而对压降损失峰值影响最大的因素是初始碳烟量,可见再生过程中入口温度控制尤为重要。