基于模型的柴油机DPF碳烟加载量估算研究

发布时间：2020-11-06 06:07

　　 我国汽车产业快速发展,汽车拥有量也急速上升,然而,汽车尾气也造成了空气污染。其中,微粒(PM)是柴油机排气的主要污染物之一,容易对空气、对人体健康造成巨大危害。柴油机微粒捕集器(DPF,Diesel Particulate Filter)是用于降低排气微粒最有效的手段。当DPF内积累了一定量的PM,需要对其进行再生。而主动再生方式的关键技术在于DPF的碳载量估算,以及再生温度控制。利用DPF台架试验的数据,分析了稳态工况下,DPF两端压差、排气体积流量、以及碳载量之间的联系,得到了碳烟加载特性。而在WHTC瞬态工况下,DPF两端压差呈现出一种快速波动的状态,并且碳载量越高,所对应的DPF压差越大。基于气流与电流的相似性,以及对排气进行流体力学的理论分析,建立了DPF等效电路模型。在MATLAB/Simulink软件中搭建模型,并基于WHTC工况的试验数据,利用最小二乘法进行参数辨识,得到了参数与碳载量之间的关系,从而得到了WHTC工况下碳载量随时间的变化结果。最终将DPF压差的仿真值与试验值进行对比,验证了该模型的准确性。使用双卡尔曼滤波进行WHTC工况下的碳载量估算。利用传感器测得的DPF两端压差、排气体积流量和排气温度,能够同时估计系统的状态和参数,再根据参数与碳载量之间的关系得到碳载量值。在仿真初始值准确的情况下,当达到4g/L的再生时机时,相对于试验值,误差为0.2g/L,即5%。在仿真的初始值不准确的情况下,低、中碳载量下所需的收敛时间为500s左右,高碳载量下所需的收敛时间为900s左右。使用双H无穷滤波进行WHTC工况下的碳载量估算。该方法与双卡尔曼滤波最大的不同点在于对于模型精度要求不高、不要求噪声的统计特性已知、以及能够最小化最大误差,这些特性使得双H无穷滤波更具优越性。在仿真初始值准确的情况下,当达到4g/L的再生时机时,相对于试验值,误差为0.16g/L,即4%。在仿真初始值不准确的情况下,低碳载量下收敛速度快于双卡尔曼滤波,中、高碳载量下所需的收敛时间与双卡尔曼滤波相当。总体体现出更高的鲁棒性。当DPF内碳载量达到一定值,需要进行再生,主动再生要求排气温度达到微粒燃点。本文针对使用DOC的升温系统,进行了DPF主动再生起燃温度的控制。使用反馈线性化控制,控制DOC入口的喷油浓度,使DOC出口排气温度达到了650℃,得到在DOC入口温度为250℃,空速为60000h-1的工况下,稳定后,DOC入口喷油浓度为1950至2000ppm左右,并且DOC出口的浓度为200ppm,不造成二次污染。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK421.5
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 柴油机的应用现状及其排放
    1.2 柴油机排放法规的发展
    1.3 柴油机排放控制技术路线
    1.4 柴油机微粒捕集器简介
    1.5 碳载量估算研究现状
    1.6 本文主要研究内容
        1.6.1 研究目标
        1.6.2 研究内容
        1.6.3 研究方法及技术路线
        1.6.4 创新性
第2章 试验分析
    2.1 试验系统
    2.2 试验数据分析
第3章 建模及参数辨识
    3.1 等效电路模型的建立
    3.2 模型参数辨识
    3.3 本章小结
第4章 双卡尔曼滤波碳载量估算
    4.1 双卡尔曼滤波估算推导
    4.2 双卡尔曼滤波试验验证
    4.3 本章小结
第5章 双H无穷滤波碳载量估算
    5.1 双H无穷滤波估算推导
    5.2 双H无穷滤波试验验证
    5.3 两种方法对比
    5.4 本章小结
第6章 DPF主动再生起燃温度控制
    6.1 系统模型的建立
    6.2 反馈线性化控制
    6.3 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

【参考文献】

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本文编号：2872752