国六排放标准下的缸内直喷汽油机颗粒捕集器精度碳载模型建立及验证

为了验证发动机不同修正参数对发动机电子控制单元(ECU)计算汽油机颗粒捕集器(GPF)碳载量的影响,优化和改进国六标准下的汽油机颗粒捕集器控制策略。基于GPF的碳烟加载质量流量模型,利用Simulink进行建模,搭建GPF精度碳载计算仿真模型,通过发动机原排质量流量、不同工况下发动机的空燃比修正参数、PM过滤效率修正参数、发动机运行水温修正参数、发动机负荷修正参数计算模块模拟出GPF碳载量。并通过搭载一款自主研发的1.5T缸内直喷发动机进行台架和整车道路试验,对比验证了缸内直喷汽油机颗粒捕集器精度碳载模型的准确性。通过对GPF载体进行称重,可分析出发动机各修正参数对模型碳载量计算的影响效果。通过对模型进行优化,使仿真结果更接近整车表现。研究结果有利于实现GPF离线标定功能,提升GPF的控制策略,降低相应的开发成本。     

颗粒物捕集器压降特性试验分析与仿真模拟

基于压降判断柴油机颗粒物捕集器(DPF)再生时机是DPF控制策略关键技术之一。文中采用试验分析和仿真模拟相结合的方式研究了不同碳载量、温度及排气流量对DPF压降特性的影响规律。在DPF加载初期,压降随碳载量迅速增大,随后增长速率减缓。当碳载量小于1g/L时,碳烟捕集处于深床捕集阶段,深床碳烟累积造成总压降迅速上升;当碳载量大于1g/L时,碳烟捕集处于饼层捕集阶段,总压降缓慢增加。在整个捕集过程中深床碳烟层占总压降超过40%。     

DPF降怠速再生影响因素研究

基于降怠速(Drop-To-Idle DTI)再生的特点,运用试验手段分析了降怠速再生时颗粒捕捉器(DPF)内部温度场分布,研究了不同碳载量下和不同时刻进入降怠速工况主动再生对DPF内部最高温度的影响。结果表明：随着碳载量的增加,降怠速工况再生DPF内部载体最高温度变高,DPF载体损坏风险变大,同时降怠速工况再生DPF内部载体的最高温度受进入降怠速工况的时刻影响。     

轻型柴油车DPF碳载量的计算与路试验证

为验证DPF碳载模型的可靠性,以某款2.5 L轻型柴油汽车为研究对象,通过数学计算得出碳载量,同时选取不同试验地点及工况进行道路验证。结果表明:将基于数学压降的DPF碳载量算法编入ECU中,连同发动机的MAP数据可让车辆在适当时候成功进行再生。同时实际道路验证,再生里程及模型估计DPF碳载量的精度均在正常允许范围内。     

柴油机微粒过滤器压降的数值计算与试验验证

柴油机微粒过滤器再生时机的判断是DPF后处理系统应用的关键。针对壁流式柴油机微粒过滤器的压降进行了分析,建立了空载壁流式柴油机微粒过滤器的压降数学模型,基于空载压降模型建立了负载壁流式柴油机微粒过滤器压降数学模型,并建立了基于负载压降的碳载量计算模型。利用Matlab和试验所建立的数学模型进行了验证,计算值和试验值的数值差异较小,变化趋势一致。结果表明,建立的压降数学模型是正确的,可以利用该模型进行碳载量的判断,实现基于模型的再生时机判断。     

颗粒捕集器压差传感器位置的试验研究

通过在同一台发动机的汽油颗粒捕集器(GPF)上在不同位置安装压差传感器进行对比试验,研究了压差传感器安装在不同位置对于GPF控制的影响。结果表明:压差传感器安装在不同的位置得到的压差差异很大,对于碳载量压差预估模型的建立以及GPF再生控制有不同的影响。     

新型催化消声器CFD仿真分析

排放标准日益严格,国内汽车排放系统的催化效率必须进一步提高,以适应即将实施的国六排放标准。催化消声器的流场特性影响催化效率,在开发阶段研究流场特性具有重要意义。针对国六排放标准开发且由DOC+DPF+SCR组成的新型催化消声器,建立催化消声器CFD仿真分析模型,计算DPF的压差,并与试验数据进行对比分析。基于催化消声器CFD模型研究腔体速度场、温度场、压力场,重点分析了催化器进出口端面的速度均匀系数、压差及温度分布情况,表明了催化器区域流体均匀分布,温度变化较小,有助于化学反应效率的提高,且排气压力损失满足设计要求。     

非道路国4柴油机DPF再生方式研究

研究后喷助燃的再生方式下,颗粒捕集器(DPF)降怠速(DTI)再生对再生性能和传热性能的影响规律。基于能量守恒定理,建立热管理模型,得到DPF载体温度与排气流量的影响规律。在此基础上,借助热量在载体内的累积,研究DTI再生过程中,再生温度、再生时间、碳载量,以及排气流量对DPF再生效率、载体峰值温度的影响,并分析碳烟颗粒数浓度的变化规律。此外,采用阶梯温度控制方法,拓宽DTI再生碳载量窗口,保证载体和涂层在许可温度范围内,满足安全、可靠性再生前提下同时获得最少的再生时间及最优的再生效率。结果表明:与主动再生相比,优化后的DTI再生方式,再生效率为70%,再生时间、再生油耗分别降低了72%、65%,有效减少主动再生过程机油稀释的风险,降低燃油消耗量。     

轻型柴油车DTI工况整车验证方法

随着中国排放法规逐步的加严,轻型柴油车在国五法规阶段已经开始增加DPF装置(颗粒捕集器),用来过滤发动机排出的碳颗粒,限制PM(颗粒物质量)和PN(颗粒物数量)的尾管排放,目前各大主流车企轻型商用车在国六阶段也沿用了该技术,但不同的车企由于布置差异,DPF体积并不一样,因此DPF可容纳的最大碳载量各异,本文对轻型柴油车DPF最大碳载量和再生入口温度确定提供一种整车上的验证方法。     

压差传感器信号测量异常问题分析及改进

柴油机后处理为了实现DPF的再生循环使用,在DPF上装有压差传感器。作为监控DPF状态的传感器,压差传感器信号测量的准确性直接影响到DPF的功能。本文通过对DPF压差传感器信号测量异常导致的发动机亮故障灯问题进行分析探讨,通过试验验证,明确地指出了信号测量异常的故障原因及解决措施。     

柴油机不同结构后处理系统试验研究

为了研究SCR催化剂载体之间的间隙和出口段的优化对整个催化器性能以及涡后参数的影响,进行了对比试验。结果表明:SCR催化剂载体之间的间隙对催化器的性能没有影响,出口端的优化可以降低SCR催化器压差约4.0kPa,但是对DOC压差和DPF压差影响不大;不同结构参数的催化器对废气量和涡后温度是没有影响的,但是催化器背压越大的涡后压力也较大。     

DPF捕集效率故障诊断方法研究

随着全球排放法规的加严,柴油机对颗粒物排放的要求越来越高。目前,重型柴油机主要采用DPF(柴油机颗粒过滤器或颗粒捕集器)来减少排气中颗粒物排放。根据国六排放法规,柴油机后处理带有DPF时,必需对DPF捕集效率故障进行诊断。本文以采用BOSCH系统的某款重型柴油机为研究对象,通过分析颗粒物传感器和DPF压差传感器不同故障诊断策略,基于WHTC循环探究这两种诊断策略对DPF捕集效率故障判定的适用工况。研究发现,压差传感器法监测DPM捕集效率故障只适用于在高负荷工况与DPF堵塞故障监测及无故障车辆区分度较大的发动机,颗粒物传感器法测DPF捕集效率故障适用于绝大多数工况。     

汽油机微粒捕集器的碳载量标定试验研究

为了加快汽油机微粒捕集器(GPF,gasoline particulate filter)在实际工程中的应用,本文以某国产1.5L发动机匹配GPF后处理系统为例,对微粒捕集器的压降模型展开研究,提出一种GPF碳载量估算离线标定方法,阐述了GPF碳载量模型的标定内容和相关参数的标定方法。结果表明碳载量整体误差在±0.3g/L以内,满足工程使用要求。     

车辆汽油机颗粒捕集器控制方法

车辆汽油机颗粒捕集器的控制模型包括工况法碳量累积模型、压差法碳量模型、燃烧速率模型、断油安全模型等,能实现实时对颗粒捕集器中碳量累积量、再生过程中的碳量剩余量和颗粒捕集器状态的监控与控制,降低车辆颗粒物排放。颗粒捕集器工况法碳量累积模型和压差法碳量模型的碳载量预估精准,ECU基于此累碳模型计算的模型碳载量与实际碳载量误差很小,且适用地区广泛,经过实车验证即使是在严寒地区或者高原地区,该模型仍然适用。颗粒捕集器再生燃烧速率模型的建立,可精准监控再生过程碳燃烧情况,并计算再生掉的碳量,同时得到剩余碳量,对颗粒捕集器再生控制、颗粒捕集器载体保护等具有极大的意义,杜绝了现有技术只能在再生后,重新经过压差模型对剩余碳量的校准,无法监控再生过程的情况。建立颗粒捕集器断油安全性的模型控制,在颗粒捕集器碳载量、颗粒捕集器温度、是否允许发动断油之间的关系,可有效地保护颗粒捕集器载体,防止在被动再生时被烧毁。在排放要求越来越严格的环境下,使用以上控制方法技术,降低颗粒捕集器报故障灯、烧毁颗粒捕集器的故障率,提升车辆的口碑、提升车企的品牌形象,对车辆的销量有很大的促进作用。     

行波管模态分析与有限元模型修正

行波管的工作环境恶劣,其结构的振动特性对寿命及可靠性有着重要影响。应用有限元分析软件对行波管进行模态分析,并通过模态试验实测了行波管的模态参数,得到行波管前四阶固有频率和振型。对比分析仿真和试验结果,仿真计算的模态频率偏高。应用Kriging模型构建固有频率与材料参数的关系,将试验结果作为目标进行材料参数修正。修正后的仿真模型的计算精度有了大幅度提高,行波管结构的固有振动特性得到更加真实地反映,为进一步研究其动力学特性提供了更加准确的模型基础。     

非金属刷式封严泄漏特性试验与仿真研究

以碳基纤维材料为刷丝制备一种新型非金属刷式封严,搭建专门装置评估该刷式封严的封严性能和流动特性;采用多孔介质模型模拟刷丝束区域,并仿真计算获取该封严的泄漏和内部流动特性。试验与仿真研究均表明,压差增加导致泄漏增加,转速对泄漏影响不明显;仿真计算结果表明,压差主要发生在刷丝束区域,压差越大,后腔射流形成的旋涡强度越大;耐久性试验表明,经初始磨合过后,刷式封严性能较稳定,满足封严要求,但经更长时间的耐久性试验后,碳基纤维刷丝刷式封严性能出现严重下降,表明其耐久性仍有待提高。     

基于响应面方法的多喷嘴引射器有限元模型修正

针对某多喷嘴引射器在脉动载荷作用下的动力学响应预测问题,对其有限元模型进行了修正,减少了材料属性、边界条件等对计算结果的影响。首先开展了引射器有限元模态分析,获得了初始模态分析频率;采用了多点激励多点响应锤击法进行了模态试验,获取了试验模态频率;基于有限元模型进行了误差分析,确定了材料密度、弹性模量、质量点质量等修正参数,通过中心复合设计方法确定了样本空间,构建了多目标响应面并对待修正参数进行了约束优化,得到了修正参数的最优解;最后,使用修正后的参数进行了有限元分析,获得了修正后的模态分析频率,并通过动力响应计算进行了模型确认。研究结果表明:修正后模态分析频率与模态试验频率(前三阶)误差均值由修正前的8.01%减小到2.81%,该修正方法能够显著提高有限元模态分析精度。     

一种基于ABAQUS的火箭弹部段连接刚度模型修正方法研究

火箭弹按照不同功用被设计成若干个部段,部段间通过各种结构形式连接,其连接部位的刚度下降会显著影响全弹的固有特性.本文以某型火箭弹为例,首先,通过全弹刚度试验获取弹体受载后的变形数据;其次,基于ABAQUS软件,采用刚度试验数据结合有限元数值分析的刚度模型修正方法,对火箭弹部段连接刚度进行迭代修正,使得弹体变形量的计算值逐步逼近试验值;最后,利用修正后的模型对火箭弹前六阶固有频率和振型进行分析,分析结果表明经刚度修正后的固有特性计算值更为接近试验实测值,从而验证了该方法在分析此类问题时的有效性.     

柴油机后处理DPF堵塞故障仿真与优化研究

通过调节过滤体的渗透率来反映不同的微颗粒物(particulate matter, PM)过滤效率,模拟柴油机颗粒物过滤器(DPF)不同的堵塞程度,进而建立了基于GT软件的DPF堵塞故障仿真模型。利用仿真模型测得排气温度、排气压差等主要特征参数,再以排气阻力试验结果与仿真结果进行验证与优化,最后依据发动机台架试验采集的故障主要特征参数,进一步验证优化后模型的正确性。仿真得出结论:利用GT软件建立堵塞仿真模型来提取排气背压,排气温度等主要特征参数是较好的、理想的。     

低滞后刷式密封泄漏特性与滞后效应研究

针对带遮流板的低滞后刷式密封结构,采用经试验数据修正的多孔介质模型,对3种减压腔轴向尺寸的结构在不同上下游压差下的三维泄漏流场进行了数值模拟,对这3种结构在压差上升和下降过程中呈现的泄漏系数滞后效应进行数值分析。研究结果表明:经试验修正的多孔介质模型能较好地预测低滞后刷式密封结构的泄漏量;不同减压腔轴向尺寸的低滞后刷式密封的压力分布趋势基本相同,减压腔使刷束和后挡板间几乎不存在压力梯度;随着压差的上升,泄漏系数先迅速增大后趋于定值;减压腔轴向尺寸为0.5 mm时泄漏系数最小,但其表现出的滞后效应更显著。研究结果可为低滞后刷式密封泄漏特性滞后效应研究及结构设计提供依据。