面对节能减排要求的日益严格,柴油机排放控制技术已成为国内外行业的研究热点,氧化催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)结合起来使用,不仅可以保证CDPF连续可靠的工作,降低PM排放,还能有效降低HC和CO排放,是国Ⅵ排放法规中明确要求加装的后处理装置。DOC+CDPF封装结构的流动均匀性以及CDPF载体材料和结构参数对碳烟颗粒的捕集与再生性能有十分重要的影响,因此优化封装结构、探究载体材料和结构参数对捕集再生特性的影响具有较大的理论指导意义和工程价值。本文基于一种DOC+CDPF封装结构,对其前端整流装置进行优化仿真,为再生试验提供较均匀的流场分布。研究表明:原方案整流装置孔径小、数量少,导致内部流速较低、压降较大,且速度均匀性有待提高。优化的3种方案,开孔率和开孔直径增大,均匀性得到提高,流速增大,压降值降低,其中方案C具有0.962的速度均匀性,压降值较原方案也降低幅度最大。针对国Ⅵ后处理技术路线(DOC+CDPF+SCR)封装结构中的直式和箱式进行了流场仿真,仿真结果显示:整体上都是管径细的通道内流速大,整流器、混合器处流场分布复杂。由于结构的不同,箱式结构的速度均匀性要好于直式结构,直式系统较多复杂的整流器混合器,导致直式系统压降值比箱式通多出2kPa,湍流强度也比箱式的大。综合考虑速度均匀性、压降、湍动能以及占用的空间大小,箱式结构在国Ⅵ后处理系统封装结构上具有一定优势。基于整流器的优化方案C,搭建D30柴油机加装国Ⅵ后处理装置DOC+CDPF试验台架,进行了堇青石和碳化硅CDPF的平衡点温度试验和不同碳载量下的压降与再生试验。试验表明:堇青石和碳化硅CDPF在不同碳载量下对发动机的动力性及排放性的影响几乎相同;载体材料对再生平衡点温度没有影响,涂覆相同配比催化剂的堇青石和碳化硅CDPF的再生平衡点温度都为310°C;随着碳载量的增加,堇青石和碳化硅CDPF的压降都增大,且中低转速差异小,高转速差异大。堇青石CDPF的压降值比碳化硅CDPF的小。在工况点2400r/min,100%负荷,不同碳载量下CDPF均达到最大的压降值,且随着碳载量的增大,堇青石CDPF的压降增大速率比碳化硅CDPF的大。再生试验表明:再生过程中,轴向温度从前往后不断升高,最大温度出现在靠近出口端位置;径向温度中心高,四周低。再生过程中载体内最大温度梯度在载体靠近出口端边缘位置。试验中由于整流器进行了整流,再生入口温度分布较均匀,试验得到堇青石CDPF最大温度梯度小于碳化硅CDPF,且碳载量越大,最大温度梯度越大。再生入口温度越高,再生过程中产生的最高温度越高,最大温度梯度也越大。再生入口温度对再生效率影响较大,500°C时再生效率不足50%,600°C时再生效率可达100%;再生入口温度为500°C,堇青石CDPF在6g/L时达到最大温度梯度8.8°C/cm,碳化硅CDPF最大温度梯度为17.36°C/cm;而再生入口温度为600°C时,堇青石CDPF的最大温度梯度升高至9.9°C/cm。仿真结果表明:在碳烟的捕集过程中,随着排气流量的增大,载体的压降增大,同时捕集效率降低。在相同排气流量下,壁面孔径越小、目数越低、孔隙率越低,捕集效率就越大。在排气流量低于300Kg/h时,压降值差距不大,超过300Kg/h后,相同排气流量下,低目数和低孔隙率的压降值比高目数和高孔隙率的大。同一排气流量下,碳载量越大,压降值越大,200目堇青石CDPF增大的最明显。碳烟的捕集过程中,随着排气温度的增大,载体压力值增大。无碳载量时压力值随排温匀速增加,有碳载量时,排气温度为300°C前,压力匀速增加,300°C后,压力加速增大,并且堇青石CDPF随温度升高的速率比碳化硅CDPF的大。在碳烟的再生过程中,压力先增大后减小,300目时压力值最小。400s再生时间内,目数越高,氧化掉的碳烟颗粒质量越多。再生过程中的最大温度不随目数改变,但目数越低达到最高温度的时间越短。再生过程中载体壁厚直接影响再生时的压力值,壁厚越大,再生时的压力和最高压力越大,但达到最高温度所用的时间增长;400s再生时间内,壁厚大的氧化掉的碳烟颗粒质量多。初始碳载量越大,再生时的压力值越大,400s再生时间内氧化掉的碳烟颗粒越多,再生速率高。再生过程中,碳烟的再生不同时开始,再生时碳烟随氧化界面放热及排气方向,从前端往后端不断氧化燃烧,温度随着时间从载体前端到后端不断增大;轴向温度从入口端向出口端逐渐增大,径向温度从中心向四周逐渐降低。最大温度梯度出现在靠近出口端的边缘位置,最大温度梯度为21°C/cm。再生过程中,碳烟颗粒分布均匀,载体目数和壁厚的变化不会对载体内温度分布产生影响,但对最大温度梯度出现的时间有影响,目数和壁厚越大,最大温度梯度出现的时间越晚。初始碳载量影响最高温度和最大温度梯度,初始碳载量越大,最高温度越高,最大温度梯度越大。