微粒捕集器噴油助燃再生過程熱工參數(shù)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(chǎn)領(lǐng)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(dāng)前汽車微粒排放控制技術(shù)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(shù)問題一直是微粒捕集器技術(shù)的關(guān)鍵，且制約著微粒捕集器技術(shù)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(nèi)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(shù)不受我國油品質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shù)對其熱工參數(shù)模型及控制方面開展研究。
　　 目前，國內(nèi)外對該技術(shù)的研究方興未艾，主要集中在燃燒器的設(shè)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(shù)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(xué)基金項目“車用柴油機微粒捕集多孔介質(zhì)的微波及鈰-錳添加劑復(fù)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(xué)基金重點項目“車用微粒捕集器復(fù)合再生過程氣粒兩相流動與燃燒數(shù)值模擬”(06JJ20018)等為課題來源，對噴油助燃再生技術(shù)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(shù)學(xué)模型，通過數(shù)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(shù)如油氣配比、噴油壓力、噴油率與補氣量及其它參數(shù)如初始微粒沉積量、排氣質(zhì)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(guān)參數(shù)建模、優(yōu)化控制及控制系統(tǒng)研究等提供了理論指導(dǎo)。
　　 (2)在上述模型基礎(chǔ)上，簡化其入口單孔道的再生數(shù)學(xué)模型，結(jié)合穩(wěn)態(tài)Semenov理論和Adler、Enig's間歇式反應(yīng)器原理，在考慮反應(yīng)消耗的基礎(chǔ)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(shè)計與調(diào)節(jié)等有較大的指導(dǎo)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(yīng)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(shù)學(xué)模型，建立了微粒捕集器測壓系統(tǒng)的理論動態(tài)響應(yīng)數(shù)學(xué)模型，為提高背壓測試精度及響應(yīng)性能等提供了理論依據(jù)。
　　 (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(jié)果導(dǎo)入MATLAB中，利用其強大的數(shù)學(xué)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(shù)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(jié)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(yīng)的補氣量最優(yōu)控制模型，采用內(nèi)點懲罰函數(shù)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(yīng)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(chǔ)。
　　 (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(shè)計和程序調(diào)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(jié)構(gòu)設(shè)計、性能分析、再生過程控制等方面提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考，為其實用化奠定