基于缸内热能的柴油机颗粒捕集器复合再生技术研究

发布时间：2020-05-28 15:27

【摘要】：排放法规对颗粒物排放控制日益严格,颗粒物捕集器(Diesel Particulate Filter,简称DPF)作为减少柴油机颗粒物排放最为有效的后处理设备之一被广泛应用。为了有效控制DPF再生过程,保证其安全性和完整性,在总结现有的再生方法的基础上,提出了基于柴油机缸内热能升温的DPF复合再生方法,并就主喷延迟、缸内近后喷(Attached Post Injection,简称PoI2)喷油助燃和缸内次后喷(Late Post Injection,简称PoI1)喷油助燃复合运用的再生控制策略进行研究,这对促进DPF的再生技术发展具有重要学术价值和实际的意义。首先,以直列四缸共轨燃油喷射系统的SQR481A柴油发动机为对象,搭建了由氧化催化器(Diesel Oxidation Catalysts,简称DOC)和DPF组成的后处理系统的实验台架。在此基础上,对未经处理的颗粒物排放、DPF的压降特性和DPF的颗粒物燃烧速率进行了实验,获得了DPF碳载量、DPF安全高效再生所需温度和氧含量的数据。为了准确判断DPF碳载量是否满足再生要求,提出了基于两路DPF的碳载量自动监测方法来判断DPF碳载量。之后,分析了发动机在不同负荷区域时的排气温度和利用缸内热能提高排气温度的方法,提出了在不同工况下利用主喷延迟、次后喷PoI1和近后喷PoI2助燃的主动复合再生的燃烧控制策略。为了柴油机DPF复合再生的过程控制,采用双闭环PI控制器控制再生温度,通过内环的近后喷PoI2和进气量来控制DOC上游温度,利用外环的次后喷PoI1控制DPF上游温度。通过实车对复合再生策略进行实验,获得再生模式下排气含氧量和排气温度数据,验证了该复合再生的控制策略及其方法的可行性。
【图文】：

汽车保有量,变化趋势,汽车

第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景国内生产总值增长持续保持在 6.5%左右，城市化发展迅速，在经济和政策的双重推动下，机动车保有量持续增长。按国家环保局统计，2016 年全国机动车有 2.95 亿辆的保有量，纳入统计年度统计的机动车包括汽车（微型汽车、小型汽车、轻型汽车、大型汽车、微型货车、轻型货车、中型货车、重型货车）、低速汽车、摩托车，不含挂车、上路行驶的拖拉机等。其中汽车 18435.8 万辆（不包含新能源汽车）。汽车构成按车型分类，客车占 88.4%，货车占 11.6%；按燃料分类，汽油车占 88.5%，柴油车占 10.2%，燃气车占 1.3%；按排放标准分，国 II 及以下标准占 12.8%，国 III 标准占 24.3%，国 IV 标准的汽车占 52.4%，国 V 及以上标准的汽车占 10.5%。2011-2016 年全国机动车保有量由9266.4 万辆增加到 18435.8 万辆，年均增长 14.8%[1]。该保有量的变化趋势见图 1-1。

蜂窝陶瓷,陶瓷体,捕集器,壁流

的手段[18,19]，其过滤效率高达 95%以上[20-22]。国际上对 DPF 的研究始于 20 世纪 70，法国雪铁龙公司自二十一世纪初开始量产装有 DPF 柴油轿车以来，大量的汽车制商采用 DPF[23]。DPF 必须满足捕集功能、过滤性能和后期维护等方面的使用要求，滤效率、压差损失、耐高温、抗灰分腐蚀、清灰里程等[24,25]。对 DPF 而言有五个重要求，分别是良好的过滤效率、低压降、良好的再生能力、寿命长及成本低。因为 D期处于高的排气温度和腐蚀性尾气中，其材料要求耐热冲击和抗灰分腐蚀。理论上导热系数和低膨胀系数的材料最适合 DPF 的应用，，高导热系数使 DPF 内部温度均布，而低膨胀系数则有利于减少温度变化时产生的热应力，从而避免内部开裂[26]。入口过滤体积有利于延长 DPF 的清灰里程。DPF 按照气流流动方向分为穿流式、式、不规则流向式等，亦可按照化学反应分为催化式或非催化式。目前，国外生产主要有美国康宁公司、美国天纳克公司和日本 NGK 公司等，国内厂商则有平原机和威孚力达催化净化器有限责任公司等。图 1-3 为壁流式陶瓷颗粒捕集器及陶瓷体图[27]。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.172

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