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缸内直喷汽油机(Gasoline Direct Injection，GDI)因其较高的动力性及经济性，日渐在乘用车领域占主导地位。但是GDI汽油机与柴油机类似不均匀混合气形成方式造成其相对较大量的颗粒物排放。随着国VI标准排放法规的出台，对汽油车颗粒物排放提出了严格的限制，如何控制好GDI汽油机的颗粒物排放是当前的重点和热点研究课题。汽油机颗粒捕集器(Gasoline Particulate Filter， GPF)是当前解决GDI汽油机颗粒物问题最有效的技术装置。本文针对某公司一款满足国Ⅴ排放法规的2.0TGDI汽油机，设计装配GPF，并进行优化和验证，所做工作如下：
1)根据对象发动机参数及空间尺寸设计装配GPF，并进行CFD仿真分析，从压降和流动方面进行评价。计算结果表明多孔介质载体入口端压力分布不均匀，中间压力明显大于两端。进而针对载体长径比、入口锥角、入口管道和GPF载体的直径比、前置TWC距离、不同工况等五方面研究其对GPF内部流动均匀性的影响，得出：当GPF载体长径比为1.1时，其内部流动均匀性最佳，长径比增大，GPF载体压降几乎呈线性增加；入口锥角越小，GPF载体内部的气流均匀性就越好；直径比越小，前端面的速度分布和压力分布越均匀；前端TWC距离越大，载体内流动均匀性、压降表现越好；发动机不同工况对GPF内部流动均匀性影响很小。
2)在GT-Power中建立了GPF一维仿真模型，并对模型进行校准。通过仿真研究分析了GPF捕集过程中压降与捕集效率特性，进而针对不同GPF载体结构参数(CPSI、壁厚、孔隙率、微孔直径)和初始载碳量研究其对捕集过程的影响，得出：较大的CPSI能获得较高GPF捕集效率同时却仅有较小的压降损失；初始捕集效率和初始压降均随载体壁厚的增加而上升；较大的孔隙率提高捕集效率的同时，也带来了较大的压降；微孔直径对压降影响较小，但微孔直径增大会导致捕集效率迅速下降；初始载碳量的增加时，GPF的压降和捕集效率均逐渐增加。
3)在已建立GPF的GT-Power模型基础上，建立GPF再生模型模拟碳烟再生过程并利用3D模块划分网格研究载体内部温度分布，仿真计算发现再生过程中，载体温度由前至后端逐渐升高，并出现明显的温度分层现象。而后针对GPF再生过程的影响因素进行分析，得出：氧浓度增加时，再生时间缩短，载体壁面的平均温度增加；温度升高，再生过程载体温度基本等幅度提高，但对颗粒物燃烧速率几乎无影响；初始碳烟积累量越大，再生时载体的温度就越高。
4)在流动仿真、GT-Power捕集特性仿真研究的基础上，选取对GPF工作影响较大的五个参数：载体的长径比、CPSI、壁厚、孔隙率、微孔直径，进行基于正交法的仿真优化。分别基于初始压降和最终压降的计算结果，得到参数影响排序，进而选取优化方案。并且针对多工况对优化结果进行验证，结果表明，优化后的载体能够取得较高的捕集效率的同时也能有较小的压降，并具有普遍工况适用性。
5)对原机、装配GPF、装配优化GPF三种情况在多工况下进行动力性、经济性、排放性验证试验。结果表明：装配GPF与装配优化GPF功率、扭矩仅略有降低，且优化GPF比原GPF给发动机带来的动力性下降要小；各工况下燃油消耗率的表现，与动力性表现类似；在怠速、汽车常用行驶工况、额定扭矩工况下，装配GPF使颗粒物质量、数量浓度均呈现大幅度的下降，同时优化GPF的捕集效率，在较大负荷时相对初选GPF有明显提高。
1)根据对象发动机参数及空间尺寸设计装配GPF，并进行CFD仿真分析，从压降和流动方面进行评价。计算结果表明多孔介质载体入口端压力分布不均匀，中间压力明显大于两端。进而针对载体长径比、入口锥角、入口管道和GPF载体的直径比、前置TWC距离、不同工况等五方面研究其对GPF内部流动均匀性的影响，得出：当GPF载体长径比为1.1时，其内部流动均匀性最佳，长径比增大，GPF载体压降几乎呈线性增加；入口锥角越小，GPF载体内部的气流均匀性就越好；直径比越小，前端面的速度分布和压力分布越均匀；前端TWC距离越大，载体内流动均匀性、压降表现越好；发动机不同工况对GPF内部流动均匀性影响很小。
2)在GT-Power中建立了GPF一维仿真模型，并对模型进行校准。通过仿真研究分析了GPF捕集过程中压降与捕集效率特性，进而针对不同GPF载体结构参数(CPSI、壁厚、孔隙率、微孔直径)和初始载碳量研究其对捕集过程的影响，得出：较大的CPSI能获得较高GPF捕集效率同时却仅有较小的压降损失；初始捕集效率和初始压降均随载体壁厚的增加而上升；较大的孔隙率提高捕集效率的同时，也带来了较大的压降；微孔直径对压降影响较小，但微孔直径增大会导致捕集效率迅速下降；初始载碳量的增加时，GPF的压降和捕集效率均逐渐增加。
3)在已建立GPF的GT-Power模型基础上，建立GPF再生模型模拟碳烟再生过程并利用3D模块划分网格研究载体内部温度分布，仿真计算发现再生过程中，载体温度由前至后端逐渐升高，并出现明显的温度分层现象。而后针对GPF再生过程的影响因素进行分析，得出：氧浓度增加时，再生时间缩短，载体壁面的平均温度增加；温度升高，再生过程载体温度基本等幅度提高，但对颗粒物燃烧速率几乎无影响；初始碳烟积累量越大，再生时载体的温度就越高。
4)在流动仿真、GT-Power捕集特性仿真研究的基础上，选取对GPF工作影响较大的五个参数：载体的长径比、CPSI、壁厚、孔隙率、微孔直径，进行基于正交法的仿真优化。分别基于初始压降和最终压降的计算结果，得到参数影响排序，进而选取优化方案。并且针对多工况对优化结果进行验证，结果表明，优化后的载体能够取得较高的捕集效率的同时也能有较小的压降，并具有普遍工况适用性。
5)对原机、装配GPF、装配优化GPF三种情况在多工况下进行动力性、经济性、排放性验证试验。结果表明：装配GPF与装配优化GPF功率、扭矩仅略有降低，且优化GPF比原GPF给发动机带来的动力性下降要小；各工况下燃油消耗率的表现，与动力性表现类似；在怠速、汽车常用行驶工况、额定扭矩工况下，装配GPF使颗粒物质量、数量浓度均呈现大幅度的下降，同时优化GPF的捕集效率，在较大负荷时相对初选GPF有明显提高。