柴油机颗粒捕集器再生控制系统仿真及控制策略设计

发布时间：2017-10-16 14:24

  本文关键词：柴油机颗粒捕集器再生控制系统仿真及控制策略设计

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【摘要】：近年来,我国的大部分城市和地区受到了严重的雾霾困扰,空气的污染问题愈演愈烈,因此作为空气污染的一大来源,机动车尾气排放中的污染物问题受到了政府和广大社会人士的密切关注。颗粒物(PM,Particulate Matter)已经成为目前我国主要的空气污染物之一,而作为PM污染物排放的重要来源,柴油机的排放治理问题也受到了重视。为了能够对机动车排放的污染物进行控制,国内外关于机动车排放的相关法规应运而生,而且都呈现出越来越严格的趋势。2014年欧Ⅵ排放标准已经开始在欧洲实施;在我国,柴油车国Ⅳ排放标准也已经于2013年7月开始实施,而国Ⅴ标准将于2017年开始执行。为了能够满足最新的国家排放标准,控制好柴油车颗粒物的排放问题,柴油机尾气后处理系统的开发与应用引起了各界的广泛关注。柴油机颗粒捕集器(DPF,Diesel Particulate Filter),是目前公认的降低柴油机颗粒物排放的有效手段[1]。相对来说,DPF过滤体材料的发展程度已经较为成熟了,而DPF的再生技术却成为了目前DPF能否正常工作的技术难点[2]。因此,本文针对DPF的再生技术难题,提出了采用根据工况分区的定排气背压阀值作为再生系统触发条件的方法,通过采用喷油助燃(SFI,Secondary Fuel Injection)的方式,并加以柴油机氧化催化器(DOC,Diesel Oxidation Catalyst)的辅助,进行了DOC+DPF的再生控制系统的设计研究与仿真分析。本文的主要内容和结果如下:(1)DOC+DPF再生控制系统的设计。主要包括了对初始碳加载量的确定、系统再生触发条件和时机的判断、系统再生策略的设计、再生过程中温升措施的选择、故障诊断系统的设计以及再生系统的整体工作流程说明等内容的详细地分析和阐述。(2)通过AVL Boost软件搭建了再生控制系统的模型。主要包括发动机后处理模型、DOC和DPF的模型、模型的基础仿真和结果分析说明。根据仿真结果可以得出结论:1)DOC入口温度对排气温升和碳氢化合物转化率的影响很大,当DOC入口温度值在220℃至330℃范围之内时,排气温度和碳氢化合物转化率都大幅度升高,温升幅值和碳氢化合物转化率变化很快;2)与DPF压降对排气背压的影响相比,DOC压降的影响仅仅是DPF压降影响的1/20到1/35左右,因此,在对系统的控制精度要求不高的情况下可以将其忽略不计;3)DPF压降随排气质量流量的增大、排气温度的升高、碳加载量的增加而增大,其增长趋势呈线性变化。(3)对再生控制系统进行参数配置。主要内容包括通过对基于AVL Boost软件的DPF和DOC模型的建立后的特性分析,以及对仿真结果进行的分析研究,最终选择出合理的控制参数。这些参数主要包括了DOC入口温度的最低值T0、流经DPF内部的排气氧含量CO2、再生过程中DPF内部的燃烧温度TDPF及其持续的预定时间tDPF、再生高温警示阀值TCAU和再生峰值温度限值TMAX以及各工况区域下的排气背压阀值和再生喷油量等。(4)建立再生控制系统的程序架构图。其中包括了系统再生的触发部分,再生过程中再生措施的选定部分以及故障诊断系统部分的详细架构说明。(5)使用AVL Boost对设计的再生控制系统进行仿真,通过仿真结果验证再生系统的可行性。
【关键词】：柴油机颗粒捕集器 DPF再生 喷油助燃 定背压控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 问题的提出及研究意义9-11
• 1.1.1 问题的提出9-11
• 1.1.2 研究的意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外对DPF再生技术的研究11-12
• 1.2.2 国内对DPF再生技术的研究12-13
• 1.3 本文研究的目的和研究内容13-15
• 1.3.1 本文研究的目的13
• 1.3.2 本文研究的主要内容13-15
• 2 柴油机颗粒捕集器再生控制系统的关键组件15-22
• 2.1 柴油机氧化催化器15-17
• 2.1.1 柴油机氧化催化器及其工作原理15
• 2.1.2 柴油机氧化催化器的主要功能15-16
• 2.1.3 柴油机氧化催化器的关键问题16-17
• 2.2 柴油机颗粒捕集器17-21
• 2.2.1 柴油机颗粒捕集器及其工作原理17
• 2.2.2 柴油机颗粒捕集器的再生17-20
• 2.2.3 再生策略的研究20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 柴油机颗粒捕集器再生控制系统的设计22-32
• 3.1 再生控制系统设计的需求分析22
• 3.2 碳加载量的确定和系统再生触发时机的判断22-24
• 3.3 再生控制系统控制策略的确定24-26
• 3.4 再生控制系统触发后的温升措施26-27
• 3.5 故障诊断系统的设计27-28
• 3.6 再生控制系统的整体工作流程28-31
• 3.7 本章小结31-32
• 4 基于AVL Boost的再生控制系统及其基础仿真研究32-43
• 4.1 AVL Boost软件及其功能描述32-33
• 4.2 再生控制系统的搭建33-34
• 4.3 发动机尾气相关基本参数仿真研究34-36
• 4.4 再生控制系统的基础仿真研究36-42
• 4.4.1 DOC入口温度对发动机排气升温的仿真研究36-38
• 4.4.2 DOC压降的仿真研究38-40
• 4.4.3 DPF压降的仿真研究40-42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 再生控制系统的参数设置和仿真验证43-61
• 5.1 再生控制系统控制参数的选择43-51
• 5.1.1 DOC入口温度的最低值T0的确定43-44
• 5.1.2 流经DPF内部的排气氧含量CO2的确定44-46
• 5.1.3 再生过程中DPF内部的燃烧温度TDPF及其持续时间tDPF的确定46-49
• 5.1.4 再生高温警示阀值TCAU和再生峰值温度限值TMAX的确定49
• 5.1.5 各工况区域下的排气背压阀值和再生喷油量的选择49-51
• 5.2 优化后的再生控制系统51-58
• 5.3 再生控制系统的仿真与结果分析58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 主要结论61-62
• 6.2 后续研究工作的展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66

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本文编号：1043170