微粒捕集器噴油助燃再生過程熱工參數建模及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著環(huán)境保護和大氣治理工作的不斷深入以及污染排放法規(guī)的嚴峻要求，柴油車尾氣微粒排放控制已成為大氣污染治理及其生產領域的重大課題，微粒捕集器(DPF)以其過濾效率高、可靠性好等優(yōu)點成為當前汽車微粒排放控制技術的研究熱點，已成為人們公認的能最有效解決柴油機微粒排放問題的手段之一，從其研究進程來看，再生技術問題一直是微粒捕集器技術的關鍵，且制約著微粒捕集器技術的發(fā)展。
　　 目前，提出的微粒捕集器再生方式很多，并分別給予了大量的研究，

2、國外在催化再生、紅外再生及微波再生等方面研究較多，而國內由于受油品硫、砷、鉛等成分含量高的限制，催化再生方面研究較少，一般是采用加熱等方法定期或連續(xù)將捕集的微粒燒盡，以保證微粒捕集器良好的持續(xù)工作性能。在眾多熱再生方式中，噴油助燃再生技術不受我國油品質量含硫量高等特點的限制，核心裝置燃燒器采用與柴油機相同的燃料，裝車使用時不需對發(fā)動機原結構做很大的改動，另外，不受排氣溫度的限制，可在所有工況下進行再生，再生窗口寬等優(yōu)點，為解決柴油機微粒

3、排放開辟了一條新途徑，因此，本文基于微粒捕集器全流式噴油助燃再生技術對其熱工參數模型及控制方面開展研究。
　　 目前，國內外對該技術的研究方興未艾，主要集中在燃燒器的設計與優(yōu)化及其燃燒工作特性與試驗研究等方面，但對其再生過程熱工參數控制模型等方面少有系統(tǒng)研究，為此，本文以國家自然科學基金項目“車用柴油機微粒捕集多孔介質的微波及鈰-錳添加劑復合再生機理研究”(50876027)、國家“863”項目子項“新一代環(huán)保高效柴油機研發(fā)”(

4、2008AA11A116)及湖南省自然科學基金重點項目“車用微粒捕集器復合再生過程氣粒兩相流動與燃燒數值模擬”(06JJ20018)等為課題來源，對噴油助燃再生技術開展了如下研究：
　　 (1)以壁流式蜂窩陶瓷過濾體為研究對象，建立微粒捕集器噴油助燃再生數學模型，通過數值耦合求解，計算分析了噴油助燃再生過程中主要熱工參數如油氣配比、噴油壓力、噴油率與補氣量及其它參數如初始微粒沉積量、排氣質量流量等對微粒捕集器再生過程的影響，這些

5、影響規(guī)律的提出，對微粒捕集器再生過程相關參數建模、優(yōu)化控制及控制系統(tǒng)研究等提供了理論指導。
　　 (2)在上述模型基礎上，簡化其入口單孔道的再生數學模型，結合穩(wěn)態(tài)Semenov理論和Adler、Enig's間歇式反應器原理，在考慮反應消耗的基礎上，建立了過濾體再生的入口廢氣臨界溫度模型，并針對其影響因素進行了分析，對噴油助燃再生裝置功率設計與調節(jié)等有較大的指導意義。
　　 (3)考慮到柴油機非穩(wěn)態(tài)工況過濾體背壓變化的非線

6、性，對微粒捕集器背壓信號采集系統(tǒng)的動態(tài)響應影響因素進行了分析與討論，基于壁流式蜂窩陶瓷過濾體排氣背壓數學模型，建立了微粒捕集器測壓系統(tǒng)的理論動態(tài)響應數學模型，為提高背壓測試精度及響應性能等提供了理論依據。
　　 (4)提出了基于總油耗量法建立微粒捕集器排氣背壓閾值MAP并利用排氣背壓法思想來判斷再生時機的方法。為獲得再生背壓閾值MAP，基于AVL BOOST建立裝有噴油助燃再生裝置微粒捕集器的發(fā)動機臺架仿真模型，試驗驗證后利用該

7、仿真平臺將各工況模擬計算的排氣背壓、油耗等結果導入MATLAB中，利用其強大的數學運算功能與圖形處理能力，基于多元線性回歸理論，采用最小二乘法和線性插值技術來建立發(fā)動機各工況微粒捕集器的再生排氣背壓MAP圖。
　　 (5)針對以往噴油助燃再生系統(tǒng)燃燒器噴油量最優(yōu)控制模型加以改進，結合再生入口臨界溫度條件，對邊界條件中的終止溫度予以了強化，使之更具合理性，并補充了對應的補氣量最優(yōu)控制模型，采用內點懲罰函數法與Logistic(邏輯

8、斯蒂)混沌變量優(yōu)化算法尋優(yōu)，對改進后的模型與原模型對應的優(yōu)化控制值進行了對比，為噴油助燃再生智能優(yōu)化控制過程奠定了基礎。
　　 (6)提出了較系統(tǒng)的噴油助燃再生控制策略，并分析其特點，對其控制系統(tǒng)進行了硬件設計和程序調試。從隨機選取的微粒捕集器再生試驗來看，可保證DPF再生及時、準確、安全且高效可靠地進行。
　　 本文為噴油助燃再生微粒捕集器在結構設計、性能分析、再生過程控制等方面提供了理論依據和技術參考，為其實用化奠定