重型柴油车排气系统开发及后处理性能研究

摘要

商用柴油车在发动机运转过程中，一方面机械冲击、气流流动和燃料燃烧等会造成噪声污染；另一方面柴油燃烧产生大量的有害尾气，会造成大气污染。噪声污染以及大气污染是目前各国非常关注的问题之一。排气系统作为发动机尾气排放的有效处理装置，可实现降低排气噪音、减少排出的有害气体，是整车重要的设计模块之一，广泛应用于商用柴油车领域。探索基于仿真计算的消声器（排气系统核心组成部件）开发方法是各大整车厂新的研究领域，同时研究基于选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)技术的高效后处理排气系统方案，以达到更好的整车性能来满足更高的排放法规要求是目前国内外重卡领域最为活跃的课题之一。 本文用数值模拟方法对消声器进行流场特性分析，获得其三维立体云图，研究排气系统内的压力、流速和温度的分布情况；研究排气气流、温度以及内部穿孔管穿孔板的结构参数对消声器性能的影响。建立了以数值模拟进行的设计开发方法，并对我公司主销车型的消声器进行改进设计，经试验验证及市场使用，效果良好。通过数值模拟方法，完成后处理器腔体压力、表面热辐射温度、结构强度性能计算，总结后处理器设计原理及性能特征，为后续自主产品开发提供性能更优的解决方案，为整车平台产品开发匹配提供最优的排气系统模块。最后，进行了综合性的系统性能测试，测试内容有压降、通过噪声、定置噪声、插入损失、排气温度，得到的试验结果修正了数值模拟计算的差值。为了使后处理达到更高的化学反应温度，以满足更高的排放法规要求，完成了排气管外部保温材料的隔热特性对比试验，同时从整车运行角度简介了便携式车载排放测试系统（PEMS）试验方法。 通过以上工作，建立了一套基于数值模拟的排气系统分析和设计方法，提升了排气系统开发效率及整车性能水平。为提升公司整车产品竞争力，进入国际市场，提供了技术规划及产品解决方案。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 排气及后处理系统简介

1.4 排气系统设计要求

1.5 研究内容

第二章 基于数值模拟的排气系统开发方法及改进

2.1 计算方法

2.2小容积消声器优化改进

2.3 两腔体消声器优化设计

2.4 上排气消声器设计改进

2.5 试验验证

2.6 本章小结

第三章 排气后处理系统性能研究

3.1 设计构型

3.2 内部流动特性分析

3.3 后处理温度特性分析

3.4 后处理机械性能分析

3.5 本章小结

第四章 后处理系统性能测试试验

4.1 方型后处理系统性能试验

4.2 筒型后处理系统性能试验

4.3 排气管隔热测温试验

4.4 本章小结

结论

（1）全文总结

（2）全文展望

参考文献

攻读期间取得的研究成果

致谢