基于模型的DPF再生温度控制策略开发及验证

为精确控制柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的再生温度,避免因再生失控引起的DPF失效风险,在柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和DPF组成的后处理系统上建立基于化学反应动力学原理的DOC温度模型,在温度模型和再生温度控制算法的基础上设计DPF再生温度前馈及反馈控制策略;利用发动机台架测试数据进行控制策略联合仿真,对控制参数进行系统整定及优化;通过发动机台架瞬态及稳态工况测试,验证控制策略的实际应用效果。仿真和台架试验结果表明：DPF再生温度控制策略具有很好的动态性能及稳态性能,最大峰值温度及燃油喷射量均控制在限定范围,可确保DPF实现高效可靠的再生。     

颗粒捕集器主动再生温度特性试验研究

通过发动机台架试验研究氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)起燃温度及颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)主动再生时内部温度场分布规律。结果表明,当DOC入口温度高于240℃时,DOC可以起燃达到DPF设定的主动再生目标温度600℃;当DOC入口排气温度为240～280℃时,为减少HC二次污染,需选用较高的喷油速率,使DPF尽快达到设定目标温度。DPF主动再生过程分为3个阶段,起燃阶段DPF入口至出口温度依次快速升高;再生阶段DPF内部和出口温度高于入口温度约50℃;再生结束阶段,DPF入口至出口温度迅速降低,研究可为DPF主动再生温度的安全控制提供依据。     

基于缸内后喷的拖拉机DPF再生加热探究

针对柴油机颗粒捕集器(DPF)在拖拉机上的应用,提出了一种不增加外部再生辅助装置,靠"进气节流控制+柴油氧化催化剂(DOC)起燃辅助+缸内多次后喷"手段实现DPF主动再生的方法,研究了加热阶段DOC和DPF的需求温度,按照控制过程设计了再生加热分阶段模型。进行了后喷稳态温度试验及完整再生试验,结果表明:该方法经过约450 s达到DPF主动再生适合温度,可实现完整主动再生。     

DPF热再生过程温度控制与试验

柴油机颗粒物捕集器(DPF)热再生发生时,其内部温度受DPF碳载量、排气温度和排气流量等影响,在特殊运行工况下具有较强非受控特性.为避免非受控再生引起的DPF失效风险,确保安全和可靠再生,通过降怠速(DTI)再生方式探讨了一种确定DPF安全再生温度的试验方法,得到安全再生温度曲线.针对DPF热再生过程中温度控制的大滞后特性,研究了一种采用发动机排气温度和排气流量作为增益补偿的优化热再生温度控制结构,并进行了控制算法的仿真分析和整车道路试验验证.结果表明:再生过程中对实际排气温度控制的超调量小于3%,稳态控制误差小于20℃,为促进DPF的安全和高效率再生提供了参考.     

基于硬件在环测试系统的DPF控制策略功能性验证

本文基于硬件在环平台(HIL)对柴油机颗粒捕集器(DPF)部分控制策略进行了功能性验证。硬件在环测试平台使用的是带有DPF的虚拟四缸虚拟发动机模型,此模型将计算出的发动机转速,油量,DPF入口温度,DPF出口温度,DPF上的碳烟(soot)加载量等信号经过信号转化作为DPF控制策略的输入,用于定性验证DPF控制策略。试验结果表明硬件在环试验测试平台能够提供有效的策略验证环境,明显缩短了策略验证周期,提前了策略开发进度。     

柴油机颗粒捕集器再生平衡仿真研究

建立了基于GT-Power的柴油机颗粒捕集器(DPF)仿真模型,通过模拟计算对DPF再生过程,排气流量、颗粒物载荷量对再生平衡点温度的影响进行了研究.首先通过对DPF再生过程的仿真验证了模型的正确性.对再生平衡温度的模拟计算结果表明:在一定排气流量或颗粒物载荷量下,DPF再生平衡点温度均在很小的区间内变动,即DPF的再生过程受温度影响很大,只在很小的温度区间内达到平衡,并且DPF再生平衡温度随着排气流量的增加而升高,随着颗粒载荷量的增加而下降.     

尾管喷油方式DPF再生的理论与试验研究

提出了以DPF前端温度作为控制目标的尾管喷油DPF再生方法。详细介绍了该系统的构成、再生控制策略以及再生试验。试验结果表明:该再生系统能有效去除沉积在DPF载体表面的碳颗粒,恢复DPF载体过滤颗粒物的功能。     

柴油机DPF驻车再生排气热管理策略试验研究

在一台非道路国四高压共轨柴油机上,利用试验台架研究颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中不同排气热管理策略对氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度及排放的影响。结果表明,合适的再生转速、节气门关闭角度及喷油参数对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著。研究结果可以对柴油机DPF驻车再生排气热管理策略的制定和优化提供指导。     

排气氧浓度对柴油机颗粒捕集器主动再生特性的影响

采用进气节流降低排气氧浓度的方式,试验研究了柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst, DOC）入口氧浓度对柴油机颗粒捕集器（diesel particulate filter, DPF）主动再生时的入口温升特性、载体峰值温度、有效再生时间和再生过程燃油消耗的影响。结果表明：随着排气氧浓度降低,DPF温升速率增大,入口温度上升时间缩短;在所有氧浓度下,载体峰值温度均出现在DPF轴线后端位置。随着氧浓度降低,载体峰值温度先增后减,最大径向温度梯度先减后增,有效再生时间先缩短后延长,再生过程燃油消耗先减后增。在恒定DPF碳烟负载量和再生温度的前提下,当排气氧体积分数为11.0%时DPF主动再生时间最短,再生过程燃油消耗最少。     

DPF喷油助燃主被动再生系统电控单元开发

采用摩托罗拉16位单片机MC9S12XEP100,开发了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)系统电控单元,实现了柴油机控制器局域网络(controller area network,CAN)通信信号和DPF相关传感器的信号采集和执行器的驱动功能。根据主被动DPF再生系统要实现的功能指标,对基于DPF压差和柴油机燃油消耗量确定的再生需求控制策略、DPF需求再生触发控制策略及再生温度闭环控制策略进行详细阐述。进行了燃油喷射系统精度试验、DPF再生温度闭环控制和再生过程试验、再生完成控制试验。经过柴油机总成台架和整车测试,试验验证了DPF控制策的可行性,使柴油机尾气排放得到了良好控制。     

散热参数对DPF温度的影响

建立考虑散热的柴油微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)模型,对比相关热参数(表面换热系数、壳体厚度和环境温度)对DPF再生过程最高温度和最低温度的影响。从实现DPF热管理角度,对将液体强制冷却应用于该过程进行研究。研究结果表明,在各热参数的取值范围内,改变壳体厚度、表面换热系数以及环境温度对DPF热再生过程影响不大;而采用发动机冷却液对DPF进行强制冷却,选择合适的表面换热系数对DPF热再生过程影响显著。     

基于燃烧器的柴油机颗粒过滤器再生试验研究

介绍了DPF的颗粒捕集机理和再生原理,并对基于燃烧器再生的SiC过滤器再生开展了试验研究。试验表明,燃烧器能够提供比较均匀稳定的温度场供DPF再生,整个再生过程中DPF的内部温度能够保证再生完全,又不至导致DPF的热损坏,同时采取新的控制策略达到节能和延长DPF寿命的目的,有利于进一步优化DPF再生控制策略,完善DPF后处理系统。     

重型柴油机颗粒捕集器碳载模型离线标定研究

基于发动机排放和再生化学反应的柴油颗粒捕捉器(diesel particulate filter,DPF)碳载模型广泛用于估算DPF的碳载量。如果按传统试验的方法标定DPF碳载模型,需进行大量的发动机台架试验、整车验证及修正标定工作,工作效率低、成本高,且标定精度也难以保证。对此,以某款4. 3 L重型车用国六柴油机为研究对象,采用离线方式对DPF碳载模型进行标定。首先,基于MATLAB/Simulink软件搭建DPF碳载量估算模型,其次,设计覆盖所有基本路况的整车路试方案,采集不同路谱数据,对模型参数进行离线标定及优化;最后,对优化的离线标定输出结果进行实车路试验证。验证结果表明,通过离线标定和优化,DPF碳载模型精度满足工程实用要求。     

DPF主动再生过程中缸内远后喷策略对柴油机排放及DOC升温特性的影响

在一台高压共轨柴油机上,研究了用于颗粒捕集器(DPF)再生的缸内远后喷策略对发动机排放、油耗率及柴油机氧化型催化器(DOC)升温特性的影响。结果表明,碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放浓度均随后喷油量的增加而升高,HC排放浓度随着后喷定时的延迟先升高后稳定,而CO排放浓度则先升高后降低;氮氧化物(NOx)和碳烟排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势,远后喷的引入使NOx排放降低了9.8%~24.0%,NOx排放浓度随后喷油量的增加而降低,而碳烟排放浓度在后喷定时小于70°时随后喷油量的增加而降低,在70°后则相反;后喷油量为14、17mg,而后喷定时在上止点后80°~140°范围的远后喷工况下,DOC后排气温度均可达到DPF主动再生温度600℃;DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高,随后喷定时的延迟先升高后保持稳定,后喷定时在80°~140°范围内的DOC能量利用率保持在62.73%~75.75%之间,且在上止点后100°时刻达到最大能量利用率。研究结果为缸内远后喷DPF再生及其控制策略的发展提供了有价值的理论依据。     

基于铈基添加剂的微粒捕集器催化再生研究

基于微粒捕集器(DPF)NO2辅助再生计算模型,建立了添加铈基添加剂时DPF的催化再生计算模型,并进行了试验验证.采用铈基添加剂提高DPF的再生性能,在4种典型工况下对有添加剂和无添加剂的DPF进行了催化再生对比试验.结果表明:有添加剂的DPF在低排气温度下再生性能明显优于无添加剂的DPF再生性能,但仍然难以达到微粒平衡状态;在中高排气温度下再生性能也得到了提高,达到微粒平衡状态的时间缩短,微粒平衡质量减小.这对于提高柴油机的经济性,减少动力性损失,延长DPF的寿命十分必要.     

正六边形和四边形孔道DPF性能的仿真试验研究

基于AVL-Fire软件建立正六边形和四边形孔道结构柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)模型,对不同排气温度、排气质量流量、碳烟负载下2种孔道结构的DPF压降特性、碳烟再生特性进行仿真分析和对比.结果表明:相同排气质量流量下,2种孔道的DPF压降随碳载量和排气温度升高而增大;六...     

基于闭环的DPF主动再生温度控制策略研究

颗粒物捕集器(DPF)再生时,若DPF入口温度较低,再生不完全,再生效率低,若温度较高,易烧坏载体,不安全且使用成本较高,本文采用闭环比例积分微分(PID)控制方式,根据采集的DPF入口温度变化,通过实时改变燃油喷射量精确控制DPF入口温度,实现安全高效的DPF主动再生,并在发动机台架及整车试验中得到实际验证。     

NO_2连续再生柴油机微粒过滤器的试验研究

研究了利用 NO2 的强氧化性连续再生柴油机微粒过滤器 (DPF)的技术。分别在流动模拟反应器和 16 5 F柴油机台架上进行了再生试验研究。通过外加 NO2 气体 ,实现了在 30 0℃以下连续再生 DPF的目的。分析了 NO2 浓度、反应温度及发动机负荷等对再生效果的影响。试验结果表明 ,在一定温度范围内 ,反应温度与尾气中 NO2 浓度的提高均有利于 NO2 再生柴油机微粒过滤器     

DPF再生时出口气体和颗粒排放特性的试验

基于再生性能测试台架,采用便携式固体颗粒物计数仪(Nanomet3)和气体分析仪,研究了不同再生温度与来流流量下柴油机颗粒捕集器(DPF)再生时出口气体和颗粒的排放特性.结果表明:DPF再生存在快速再生期,随着再生温度升高,快速再生期的时间缩短,使DPF出口的CO和CO_2体积分数增加、排放的积聚态颗粒物增加且再生效率和效能比提高.随着来流流量增加,快速再生期的时间延长,DPF出口的CO和CO_2体积分数减少.在来流流量为25.2 g/s时积聚态颗粒明显减少,但再生效率和效能比也最低.根据出口气体排放情况可以清晰反映DPF的再生情况,为再生策略制定提供重要的试验参考.     

NO2连续再生柴油机微粒过滤器的试验研究

研究了利用NO2的强氧化性连续再生柴油机微粒过滤器（DPF）的技术,分别在流动模拟反应器和165F柴油机台架上进行了再生试验研究。通过外加NO2气体,实现了在300℃以下连续再生DPF的目的。分析了NO2浓度,反应温度及发动机负荷等再生效果的影响。试验结果表明,在一定温度范围内,反应温度与尾气中NO2浓度的提高均有利于NO2再生柴油机微粒过滤器。