柴油机微粒捕集器再生控制系统研究

发布时间：2017-10-02 00:22

  本文关键词：柴油机微粒捕集器再生控制系统研究

  更多相关文章： 微粒捕集器 再生 捕集效率 压降特性 温升特性 控制策略

【摘要】：柴油机尾气在大气颗粒物污染中所占的比重越来越大,已经成为人们关注的热点问题,柴油机较差的排放特性已经成为柴油机进一步广泛应用的瓶颈。微粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)是目前公认的最有效的颗粒物后处理装置,其在柴油机上的应用越来越广泛。受限于DPF的工作原理,DPF在工作一段时间后,其内部积累的颗粒物会使得DPF的通流面积减小,进而增大排气背压,严重影响发动机的工作性能和燃油经济性,因此必须采取一定的措施清除其内部的颗粒物,也就是要对DPF进行再生。DPF再生技术是目前DPF应用中遇到的重难点问题。本文在分析DPF的重难点问题的基础上,从再生时机判断入手,选择了对发动机原排的颗粒物质量进行建模的方法,将平均值建模思想引入建模过程,简化了颗粒物排放估计过程。然后对DPF捕集机理和压降特性进行了分析研究,在此基础上建立了DPF捕集效率和压降特性模型,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真分析,重点分析了捕集效率与微粒粒径的关系和DPF壁面微孔直径对DPF捕集效率的影响。另外,本文建立并校准了DPF的一维GT-POWER模型,对DPF的捕集效率和压降特性进行了仿真分析,此模型与前述DPF捕集效率模型不同,它是从宏观上对DPF捕集效率进行研究的。最后本文对氧化型催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)和DPF温升特性进行了分析,并建立了DOC和DPF温升模型,该模型从DOC和DPF的能量守恒入手,仿真分析了DOC和DPF工作过程中的温度变化情况,为制定合理的喷油策略和补气量提供了理论依据,同时还可以有效减少再生造成的二次污染和再生能耗。在以上研究的基础上,结合实际使用中的可能情况,制定了合理的DPF喷油助燃再生控制策略,为解决DPF再生问题提供思路。
【关键词】：微粒捕集器 再生 捕集效率 压降特性 温升特性 控制策略
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.5;TP273
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 前言12-13
• 1.2 排放技术发展现状13-14
• 1.2.1 机内净化13
• 1.2.2 机外净化13-14
• 1.3 微粒捕集器(DPF)简介14-18
• 1.3.1 过滤体材料14-15
• 1.3.2 微粒捕集器再生技术15-18
• 1.3.2.1 主动再生16-18
• 1.3.2.2 被动再生18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第2章 柴油发动机PM排放平均值预估模型20-31
• 2.1 碳载量估计发展现状20-21
• 2.2 发动机平均值模型简介21-22
• 2.3 PM排放平均值模型建模22-29
• 2.3.1 颗粒物平均生成速率22-23
• 2.3.2 碳颗粒平均氧化速率23-25
• 2.3.3 碳颗粒排放量25-26
• 2.3.4 相关参数的确定26-29
• 2.3.4.1 颗粒物形成期间的平均压力26-27
• 2.3.4.2 颗粒物形成区域的温度量K_T27
• 2.3.4.3 颗粒物氧化的平均温度27-28
• 2.3.4.4 气缸体积与曲轴转角的关系28-29
• 2.4 建模所使用的发动机参数29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 微粒捕集器的数学模型描述及仿真分析31-42
• 3.1 微粒捕集器工作机理及捕集效率31-34
• 3.1.1 扩散机理31-32
• 3.1.2 拦截机理32-33
• 3.1.3 惯性碰撞机理33
• 3.1.4 综合捕集机理33
• 3.1.5 捕集效率的计算33-34
• 3.2 微粒捕集器捕集效率仿真分析34-36
• 3.2.1 捕集效率与微粒粒径的关系34-35
• 3.2.2 不同微孔直径的捕集效率35-36
• 3.3 微粒捕集器压降模型描述36-40
• 3.3.1 干净的微粒捕集器的压降36-38
• 3.3.2 加载后的微粒捕集器的压降38-40
• 3.4 DPF压降仿真分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 DPF的GT-POWER仿真研究42-52
• 4.1 GT-POWER简介42
• 4.2 DPF GT-power模型建立与校准42-45
• 4.2.1 干净DPF模型搭建与校准42-44
• 4.2.2 加载后的DPF模型校准44-45
• 4.3 DPF捕集效率仿真研究45-49
• 4.3.1 DPF轴向捕集效率仿真分析45-48
• 4.3.2 DPF综合捕集效率仿真分析48-49
• 4.3.3 DPF捕集效率与数学模型的对比分析49
• 4.4 DPF压降特性仿真分析49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 DPF再生过程分析及优化52-68
• 5.1 DOC放热分析52-59
• 5.1.1 DOC起燃温度分析52-54
• 5.1.2 DOC温升模型54-57
• 5.1.3 DOC温升模型仿真57-59
• 5.2 DPF再生过程放热分析59-64
• 5.2.1 DPF再生过程温升模型59-60
• 5.2.2 DPF再生过程温升模型仿真60-64
• 5.3 DOC和DPF温升仿真64-66
• 5.4 再生过程优化66-67
• 5.4.1 再生过程喷油优化66-67
• 5.4.2 再生过程二次污染和再生能耗问题67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 微粒捕集器再生控制策略68-74
• 6.1 再生时机确定68-69
• 6.1.1 基于PM平均值预估模型的再生时机确定68-69
• 6.1.2 基于DPF压降的再生时机确定69
• 6.1.3 再生结束时机对能耗与二次污染的影响69
• 6.2 再生时机判断的改进69-70
• 6.3 再生过程控制70-71
• 6.4 再生中断与恢复71
• 6.5 完整的再生控制策略71-73
• 6.6 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 总结74
• 展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 攻读学位期间发表的论文81

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本文编号：956511