柴油机漏电流式颗粒物传感器数值模拟 汤东.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143190 柴油机漏电流式颗粒物传感器数值模拟 汤东1，吴宇哲1，王松华1，陈烈2 江苏大学汽车与交通工程学院，镇江212013；2.金坛鸿鑫电子科技有限公司，金坛213200） （TelEmail:dtang@ujs.edu.cn） 摘要：为保证柴油机颗粒捕集器的可靠再生和失效监测设计的车载诊断系统（OBD）新型漏电流式颗粒物传感器正成为未来清洁柴油动力技术的关键部件。利用ANSYS软件获得该传感器在A498柴油机工况下的温度分布情况，对传感器的选择提出指导性建议，为后续热应力分析工作提供了铺垫。(1.Department of Automotive Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China 2. Jintan Jonssen Electric Tech Crop, Jintan 213200, China) Abstract: The leakage current particulate matter sensor of on-board diagnostic system (OBD) for diesel is designed to ensure reliable regeneration and failure detection of DPF, and becoming a key component for clean diesel technology in the future. Numerical simulation is carried out using ANSYS to approach the temperature fields of the sensor under full load condition of A498. The results of the simulation give suggestions on the selection of ceramic heater in the sensor, and are significant for subsequent thermal stress analysis. Key words: particulate matter sensor, diesel, ANSYS, temperature field, ceramic heater 0 前言 柴油机基于油耗低、热效率高、转矩输出高、功率覆盖范围广等优点在众多领域得到广泛应用。然而柴油机排放中含有大量的颗粒物（PM），会对人体健康和大气环境造成极大危害。我国目前PM2.5年和24小时平均浓度限值分别为35μg/m3和75μg/m3，然而多数城市常年经历重度污染[1]。我国于201年月1日起实施柴油车国Ⅳ排放，除采用增压中冷、高压共轨喷射、掺烧生物油等机内净化措施以外，采取先进的颗粒物排放后处理技术。当前欧美国家已在柴油车上广泛应用颗粒捕集器（DPF）去除废气中的大多数颗粒，其转化效率可达85%以上。美国加州2013年开始执行的OBD排放法规限制乘用车和轻型车的颗粒物低于17.5mg/mile(约10.8mg/km)[]。在欧洲，欧6和欧Ⅵ的OBD限值门槛（OTL）最终分别被定为2017年的12mg/km和2015年的25mg/kWh[。有研究显示仅依靠压差传感器控制DPF再生的方法将在2015-2017年之后无法满足升级的排放法规，这意味着颗粒物传感器将迅速推广[,7]。为此国外学者对颗粒物传感器进行过大量研究[]，而国内文献尚且匮乏。 图1 示意图 图6 100s温度梯度 图1为笔者研究的漏电流式颗粒物传感器示意图[-10]。传感器头部安装于排气管中，尾气从外侧进气孔进入外侧保护件的流动空间，通过尾气进口后，绝大部分气体直接流经浓度测试区由尾气出口排出。传感器中心高压电极为1000V，其外侧的筒状保护件接地，两者间的浓度测试区内流经尾气所含颗粒物浓度与漏电流正相关。漏电流信号经放大后传至中央控制单元，藉此判断柴油机颗粒物排放是否达标。 传感器内集成温度测量功能的陶瓷加热体对浓度测试区加热，使其壁温快速与尾气温度接近，减小温度对颗粒物浓度测试结果的影响；颗粒物沉积过多时可以加热烧除颗粒物。本文研究在最恶劣工作环境下传感器内部结构的温度和温度