基于boost的发动机排放后处理一维仿真分析研究

侯亦波，雷蕾，陆荣荣，胡宏德



基于boost的发动机排放后处理一维仿真分析研究

侯亦波，雷蕾，陆荣荣，胡宏德

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

文章基于AVL-BOOST软件，搭建发动机排放后处理仿真模型，通过多个方案的仿真计算，对比分析在国五排放系统的基础上加入了DPF，研究DPF的加入对整个系统的影响、DPF不同的布置位置对系统的影响、DPF在空载和满载情况下对整个系统的影响以及不同的催化器尺寸对排放的影响。实现了运用一维仿真方法对排放后处理系统进行设计开发及优化，大大缩短了发动机排放系统的设计开发周期、节省了大量试验资源。

排放；boost；仿真

1 前言

近年来，汽车发动机的节能减排的重要性已经被提到前所未有的高度，这不仅要求限制有害污染物的排放，而且要求限制CO2排放和降低油耗，提高发动机的热效率[1]。如何合理选择后处理路线及后处理系统集成，让发动机排放水平满足法规要求，既保持较高的热效率，又保护环境；成为汽车工程师们越来越关心的问题。传统的后处理系统开发重心在于试验开发，主要在试验阶段通过不同的后处理系统选择和标定手段来满足法规要求。但随着市场竞争的加剧，工程师必须在开发时采用更有针对性的措施来缩短开发周期；另外由于排放法规[2~3]的日趋严苛，后处理系统的开发难度大幅度上升。

CAE分析是现代发动机开发的重要手段之一，它使得发动机的设计者能更早的了解产品的性能表现，针对可能出现的问题采取针对性措施，从而有效提高产品质量并缩短开发周期。鉴于后处理系统开发的重要性和难度，相关的CAE分析已经成为发动机设计中CAE分析一项重要内容，且随着时间推移，相关CAE分析的比例呈上升趋势[4]。

本文主要研究内容包括：在原排放系统的基础上加入了DPF，研究DPF的加入对整个系统的影响、研究DPF不同的布置位置对系统的影响。

2 分析模型

预测仿真分析模型由ATB1（进口）、CAT1（DOC）、CAT2（一级SCR）、CAT3（二级SCR）、PF1（DPF）、ATB2（出口）以及连接线（ATP1、ATP2、ATP3、ATP4）组成。其中，DPF位置尝试了两种不同位置方案：置于SCR后、中置于DOC和SCR之间。模型如下图1所示：

图1 BOOST分析模型

3 计算边界

DPF部件结构尺寸需要包括：长度、容积、CPSI、壁厚、载体物性（密度、热传导系数、比热）以及进出入口长度等。

进出口边界主要依据测试数据：随着时间变化的进口流量、进口气体温度、尿素水溶液的喷射量、物质成分的(ppm)：C3H6，CO，CO2，NO，NO2，H2O，O2，N2，HNCO，NH3，N2O。

4 结果分析

4.1 模型标定结果

排放仿真结果与发动机实物台架排放测试结果进行对比,各排放组分（CH、CO、NOx）转化效率在数值上差距较小、且曲线趋势一致。具体见表1和图2。

表1 仿真与试验转化效率对比

4.2 加入DPF对排放系统影响

在系统中加入DPF，分析DPF分别在SCR后和SCR前对整个排放系统的影响。主要对比分的是各排放组分转化效率以及背压变化情况。

研究DPF不同的布置位置对系统的影响

（1）DPF布置在SCR后对计算结果的影响

图3 DPF布置在SCR后

表2 原方案与DPF后置方案排放组分转化效率对比

DPF布置在SCR后，该方案在CH、CO、NOx的转化效率上较原方案均有所提高，见表2（图3为DPF后置模型图）。同时，排放系统出口处CH等物质质量流量也有所降低，见图4。

（2）DPF布置在SCR前对计算结果的影响

DPF布置在SCR前，该方案在CH、CO、NOx的转化效率上较原方案均有所提高,见表3（图5为DPF后置模型图）。同时，排放系统出口处CH等物质质量流量也有所降低，见图6。

表3 原方案与DPF前置方案排放组分转化效率对比

5 结束语

（1）与原排放系统相比，加入DPF后的排放系统各排放组分转化效率均有提高。

（2）DPF中置和后置均能提高各排放组分转化效率。

从仿真结果来看，优化方案的发动机排放系统排放物各物质组成成分的转化效率均有所提高；该模型可用于预测发动机驾驶循环工况。

[1] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2] 廖祥兵,戴启清,胡小平等.汽车不同行驶模式下的经济性模拟计算[J].内燃机学报,2003,21( 1):62-64.

[3] 刘敬平,李迎春,夏孝郎等.对应于整车行驶循环的发动机简化工况点确定方法的研究[J].汽车工程,2003,33(7):563-568.

[4] BOOST User'Guide,AVL公司.

Turbocharger Plateau Matching and Analysis for Engine1-D simulation applied in Exhaust Aftertreatment ofengine research based on Boost

Hou Yibo, Lei Lei, Lu Rongrong, Hu Hongde

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Base on AVL-BOOST software in the article, the exhaust aftertreatment simulation model of a engine was established. By calculation of multi plans, the calculated results had:comparison to EURO V and EURO VI with soot initialization, different variations of component’s volume were compared for EURO VI system with DPF (without soot initialization).This article decreases the period of exhaust system design and save the test of bed by 1-Dsimulation analysis.

emission; boost; simulation

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1671-7988(2018)24-169-02

U463.8

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侯亦波，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.060