微粒捕集器噴油助燃再生過(guò)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(hù)和大氣治理工作的不斷深入以及污染排放法規(guī)的嚴(yán)峻要求，柴油車(chē)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(guò)濾效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前汽車(chē)微粒排放控制技術(shù)的研究熱點(diǎn)，已成為人們公認(rèn)的能最有效解決柴油機(jī)微粒排放問(wèn)題的手段之一，從其研究進(jìn)程來(lái)看，再生技術(shù)問(wèn)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(guó)外在催化再生、紅外再生及微波再生等方面研究較多，而國(guó)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(guó)油品質(zhì)量含硫量高等特點(diǎn)的限制，核心裝置燃燒器采用與柴油機(jī)相同的燃料，裝車(chē)使用時(shí)不需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原結(jié)構(gòu)做很大的改動(dòng)，另外，不受排氣溫度的限制，可在所有工況下進(jìn)行再生，再生窗口寬等優(yōu)點(diǎn)，為解決柴油機(jī)微粒

3、排放開(kāi)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(duì)其熱工參數(shù)模型及控制方面開(kāi)展研究。
　　 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)該技術(shù)的研究方興未艾，主要集中在燃燒器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化及其燃燒工作特性與試驗(yàn)研究等方面，但對(duì)其再生過(guò)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“車(chē)用柴油機(jī)微粒捕集多孔介質(zhì)的微波及鈰-錳添加劑復(fù)合再生機(jī)理研究”(50876027)、國(guó)家“863”項(xiàng)目子項(xiàng)“新一代環(huán)保高效柴油機(jī)研發(fā)”(

4、2008AA11A116)及湖南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“車(chē)用微粒捕集器復(fù)合再生過(guò)程氣粒兩相流動(dòng)與燃燒數(shù)值模擬”(06JJ20018)等為課題來(lái)源，對(duì)噴油助燃再生技術(shù)開(kāi)展了如下研究：
　　 (1)以壁流式蜂窩陶瓷過(guò)濾體為研究對(duì)象，建立微粒捕集器噴油助燃再生數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值耦合求解，計(jì)算分析了噴油助燃再生過(guò)程中主要熱工參數(shù)如油氣配比、噴油壓力、噴油率與補(bǔ)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(duì)微粒捕集器再生過(guò)程的影響，這些

5、影響規(guī)律的提出，對(duì)微粒捕集器再生過(guò)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(jiǎn)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(guò)濾體再生的入口廢氣臨界溫度模型，并針對(duì)其影響因素進(jìn)行了分析，對(duì)噴油助燃再生裝置功率設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)等有較大的指導(dǎo)意義。
　　 (3)考慮到柴油機(jī)非穩(wěn)態(tài)工況過(guò)濾體背壓變化的非線

6、性，對(duì)微粒捕集器背壓信號(hào)采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響因素進(jìn)行了分析與討論，基于壁流式蜂窩陶瓷過(guò)濾體排氣背壓數(shù)學(xué)模型，建立了微粒捕集器測(cè)壓系統(tǒng)的理論動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)學(xué)模型，為提高背壓測(cè)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(lái)判斷再生時(shí)機(jī)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(dòng)機(jī)臺(tái)架仿真模型，試驗(yàn)驗(yàn)證后利用該

7、仿真平臺(tái)將各工況模擬計(jì)算的排氣背壓、油耗等結(jié)果導(dǎo)入MATLAB中，利用其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)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(lái)建立發(fā)動(dòng)機(jī)各工況微粒捕集器的再生排氣背壓MAP圖。
　　 (5)針對(duì)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(jìn)，結(jié)合再生入口臨界溫度條件，對(duì)邊界條件中的終止溫度予以了強(qiáng)化，使之更具合理性，并補(bǔ)充了對(duì)應(yīng)的補(bǔ)氣量最優(yōu)控制模型，采用內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法與Logistic(邏輯

8、斯蒂)混沌變量?jī)?yōu)化算法尋優(yōu)，對(duì)改進(jìn)后的模型與原模型對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制值進(jìn)行了對(duì)比，為噴油助燃再生智能優(yōu)化控制過(guò)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(diǎn)，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和程序調(diào)試。從隨機(jī)選取的微粒捕集器再生試驗(yàn)來(lái)看，可保證DPF再生及時(shí)、準(zhǔn)確、安全且高效可靠地進(jìn)行。
　　 本文為噴油助燃再生微粒捕集器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析、再生過(guò)程控制等方面提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考，為其實(shí)用化奠定