基于压差的DPF再生载碳量模型标定研究与验证

基于压差的DPF再生载碳量模型标定和验证,研究了发动机各工况范围内对应的特征点排气温度和排气流量的DPF空载压差,DPF最大载碳量范围内均匀分布的特征点所对应的发动机排气流量的DPF压差值,计算出各特征点的流阻,形成DPF再生载碳量标定模型;然后通过不同地理区域和不同工况的试验,验证了该模型的正确性和适用性。     

重型柴油机DPF非线性非稳态碳载量估算方法研究

通常可以使用压差传感器估计柴油机微粒捕集器(DPF)中的碳载量，但其在较低排气流量时的非线性和非稳定状态下，准确性会严重下降。为了提高精度，建立了新的碳载量估算方法，以计算DPF中的炭烟累计量，从而提高主动再生触发时间的精度。该模型基于发动机炭烟排放和DPF内的炭烟氧化平衡，由炭烟排放模型、NO₂被动再生模型和炭烟高温氧化模型3个子模型组成。测试验证是基于全球统一瞬态试验循环(WHTC)进行的。试验结果表明，在载碳形成过程中，碳载量计算值与实测值的平均误差为4.6%。随着排气温度和NO₂浓度增加，被动再生加快，主动再生间隔延长。     

大型柴油机DPF被动再生特性的试验研究

通过台架试验研究了不同废气再循环（EGR）率及不同排气节流阀开度对柴油机颗粒过滤器（DPF）被动再生的影响规律,对比了在世界协作瞬态循环（WHTC）工况前900s瞬态工况下开关EGR阀对DPF耐久特性的影响,并研究了驻车再生的效果。试验结果表明,EGR率及排气节流阀开度通过影响排气温度及排气NO2浓度影响DPF被动再生速度;正常WHTC工况前900s耐久循环下DPF碳载量不断增大,关闭EGR阀后进行WHTC工况前900s耐久循环后,DPF碳载量不断减少;驻车再生能够有效降低DPF碳载量。     

柴油机DPF压降及噪声特性分析

为探究发动机运行过程中DPF压降和噪声特性,本文中通过建立加装DPF的一维整机仿真模型,分析载体结构、碳载量、灰分量等因素对DPF性能的影响。结果表明:载体圆径尺寸越小,DPF压降越大,但噪声量相对减少,而载体长度对压降和噪声的影响甚微;碳载量越大,DPF排气端噪声越小;碳载量在4 g/L范围内时,深层过滤压降占DPF压降主导地位;碳载量超过4 g/L,碳烟层压降逐渐占据主导;灰分量与灰分分布系数大小对DPF压降和排气噪声影响效果相似,随其数值增长,压降增大,对噪声衰减能力增强。通过揭示载体尺寸、碳载量和灰分等因素对DPF压降及排气噪声特性的影响规律,为减少压降损失、降低排气噪声的DPF结构设计提供参考。     

柴油机后处理系统一维数值模拟

以准稳态流动的压力损失方程与传热方程为计算依据,将过滤体看成是一维单通道流动管道的集合,建立了DPF一维流动模型,模拟过滤体;以BJ493ZQ3发动机为试验用发动机,建立发动机模型,将DPF模型连接在发动机排气管尾端,集合为系统整体模型,模拟系统排气阻力。计算与试验结果都表明,固定转速,低负荷时,系统排气阻力与负荷近似呈线性关系,高负荷时,二者近似呈二次曲线关系。计算给出了柴油机加装壁流式碳化硅DPF在实际不同运行条件下的排气背压MAP图,用来标定控制器,同时为DPF的再生控制策略提供了依据。     

一种基于DPF过滤效率修正的碳载量模型计算方法

为准确进行DPF主动再生触发时刻判断,本文提出了一种基于DPF过滤效率修正的碳载量模型,并在中国典型城市公交循环(CCBC)测试循环和中国重型商用车辆瞬态循环(C-WTVC)测试循环下进行了试验。试验结果表明:CCBC测试循环中碳载量模型计算值与碳载量称重值误差在12%左右,C-WTVC测试循环碳载量模型计算值与碳载量称重值误差在13%左右,满足工程应用要求。     

车用发动机碳平衡影响因素的分析与研究

基于发动机碳平衡测量方法,提出了柴油发动机在燃烧做功之前与做功后排气的碳质量流量的数学模型;分析了影响碳平衡偏差的主要因素;在发动机台架上进行某柴油机的排放试验,得到不同工况下的碳流量偏差值;通过改变单一参数,分析数学模型中碳流量偏差随不同影响参数的变化情况。研究结果表明,进气空气质量流量、发动机燃油消耗以及排气中CO2浓度值对碳平衡偏差的影响比较大,并可根据碳平衡偏差的不同测量结果值,采取相应的核查手段和有效措施以减小试验误差,有助于提高台架试验的精准度。     

DPF不同累炭方式对比研究

研究了柴油车用颗粒物捕集器(DPF)采用不同累炭方式进行加载时，累炭速率、积炭分布和颗粒物排放随工况和炭载量的变化规律。试验结果表明：对于累炭速率曲线较为平缓的工况，更适合通过控制时间长度来制备不同累炭比例的DPF,对于累炭速率不稳定的工况，不适宜制备低比例累炭量的DPF; DPF内部颗粒物的分布与工况呈现很强的相关性，相似的稳态工况下，无论是用发动机台架试验还是整车试验，DPF内部颗粒物分布规律相似；稳态和瞬态累炭工况下，颗粒物数量和质量排放均随着炭载量的增加出现先高后低的变化规律。     

基于压力信号谱分析的DPF故障诊断策略研究

基于表征DPF对排气压力信号影响的传递函数,建立了表征DPF状态的模型。该模型利用DPF前后压力信号的谱能量密度比值来表示传递函数的平方值,而传递函数可用来表征DPF的状态。通过对DPF失效样品的发动机台架试验数据的分析表明,该策略可在DPF的非再生阶段对DPF进行实时故障诊断。最后依据该策略建立了DPF故障诊断算法。     

选择性催化还原过滤器背压骤增现象的研究

前期研究中,发现在柴油颗粒过滤器（DPF）上出现背压骤增现象是由于DPF通道内的碳烟坍塌所致。碳烟坍塌是由综合因素如被动再生、高温度、长浸置期、高碳载量和高排气流量等所致。     

基于Boost的柴油机微粒捕集器(DPF)性能分析

柴油机微粒排放控制技术已成为柴油机技术发展中的核心之一。文中探讨了微粒捕集器的捕集机理、过滤体材料特性以及再生技术。并利用AVL Boost软件建立模型,仿真分析了发动机的排气温度和柴油机微粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)的过滤孔密度对DPF的最高温度、排气背压和排气碳烟量的影响,提出了柴油机微粒捕集器设计优化的方法。     

降怠速工况DPF再生温度及排放特性研究

基于某国六柴油机搭建后处理系统试验台架,研究了堇青石DPF在急降怠速(DTI)过程中的主动再生特性,探究了碳载量对DTI再生温度特性的影响以及DTI试验后的DPF瞬态排放特性。结果表明：DTI再生过程中载体内部温度分布极不均匀,峰值温度出现在DPF后端的中环处;碳载量对DTI再生温度及PM和PN排放有显著影响,当碳载量达到7 g/L时,峰值温度达到1 394.1℃,最大温度梯度达到139.0℃/cm, PN排放超过国六限值10倍以上,而PM排放虽有明显升高,仍在较大裕量内满足国六限值。当超过堇青石陶瓷材料的耐受温度和温度梯度极限时,DPF具有很大的熔化和开裂风险,需要合理选取再生极限碳载量以保证可靠性。     

基于模型的国Ⅵ重型柴油机DOC辅助DPF系统控制策略研究

由于国Ⅵ排放法规的加严,本文研究了氧化催化器(DOC)辅助微粒捕集器(DPF)排放控制策略,并用模型实现仿真测试及试验验证。试验结果表明,本文的DOC辅助DPF系统控制策略估算DPF当前碳载量误差在允许范围内,模型DPF温度曲线与实际传感器温度曲线吻合度良好,能很好地完成再生。     

基于模型的DPF主动再生排气温度控制

颗粒物捕集器(DPF)主动再生发生时需要将柴油发动机排气温度提升到500℃以上并维持在较长一段时间内。为减少由于控制对象纯滞后特性、强扰动因素引起的不确定性,降低高排气温度带来的主动再生风险,结合基于模型的控制策略提出了一种优化的再生温度控制算法和控制器结构,并展开了仿真分析、参数优化等研究工作。设计的控制结构考虑实际工程应用需求,采用基于发动机排气温度和排气流量的增益补偿和前馈加反馈控制方案,可兼顾性能和成本因素,并具有较强的适应性和可操作性。仿真和台架试验、车辆道路试验结果均表明,主动再生过程中对实际排温控制的超调量小于3%,在发动机瞬态工况和车辆运行等强扰动工作工况下的稳态控制误差小于25℃。     

NO2对柴油机微粒捕集器再生特性的影响机理

利用三维CFD软件建立了柴油机微粒捕集器(DPF)三维仿真模型,验证了模型的准确性。通过对NO2氧化炭烟微粒再生机理的DPF仿真计算,研究了炭烟浓度、NO2与NOx的比值、排气温度、空速及发动机负荷对NO2被动再生反应的影响。结果表明:排气中炭烟浓度越大,NO2转化率越高;NO2与NOx的比值越大去除的炭烟微粒越多;正常排气温度有利于NO2实现DPF再生;空速高时DPF再生效果不佳;发动机负荷越高,参与再生过程的NO2越多。     

DPF降怠速再生温度场及碳载量分析

基于柴油颗粒捕集器(DPF)降怠速再生特性，对比研究了碳化硅载体在不同碳载量下通过降怠速再生时的温度特性，得出了碳化硅载体的最大碳载量。试验采用HORIBA SPC-2300颗粒计数器和AVL 472部分流颗粒分析仪测量颗粒物数量(PN),通过对比降怠速再生后的PN与法规限值来判断DPF状态。试验结果表明：随着碳载量的增加，DPF的最高温度和最大温度梯度逐渐增大，而再生效率会随之提升，残余碳载量减少。降怠速再生时，碳化硅载体后端温度高于前端温度，中心温度高于四周边缘温度。碳载量11 g/L时DPF后端中心温度达到1 171℃,再生后进行法规认证循环，DPF对颗粒物的过滤效率显著降低，碳化硅载体出现裂纹，表明碳载量过大，已超过碳载量上限值。     

面向控制的汽油机颗粒捕集器温度模型

结合汽油机颗粒捕集器(GPF)内部对流换热和放热与吸热化学反应,基于能量守恒和热平衡方程分别建立了包含分项反应热和综合反应热的零维数学模型,以GPF入口温度、排气质量流量、碳载量和含氧量为输入,构建面向控制的MATLAB/Simulink模型,并利用不同初始碳烟载荷下汽油直喷发动机减速断油试验的动态数据检验模型。结果表明,包含综合反应热的温度模型更简单、实时性更好,适用于GPF控制中的温度预测。     

不同海拔下国六柴油机性能试验研究EI北大核心CSCD

基于高原环境模拟试验台架,研究了不同海拔下国六柴油机全负荷和40%负荷工况下的动力性、经济性及排放特性,同时探讨了4 000 m海拔下发动机持续运行在低转速大负荷工况柴油机颗粒物捕集器(DPF)堵塞的可能性。结果表明:全负荷和40%负荷工况下随着海拔的上升,发动机的进气流量、空燃比、有效热效率,排气氧浓度、排气压力呈非线性减小,有效燃油消耗率、排气温度、NO排放呈不同幅度增加;动力性、经济性下降明显,排放性能恶化;全负荷工况对海拔的变化更加敏感,特别是低转速和高转速的性能降幅较大;国六柴油机在4 000 m海拔下持续运行在低转速大负荷工况,DPF内大量颗粒物沉积但再生困难,较短时间内被堵塞。     

车用柴油机微粒捕集器碳载量分布及影响因素研究

微粒捕集器(DPF)技术是满足未来车用柴油机严格排放法规的重要措施。文章首先介绍了DPF净化机理及其常用的过滤体材料,然后阐述了DPF压降和碳载量计算的数学模型,最后结合以往文献试验数据对模型参数修正,并对DPF碳烟捕集过程与影响因素进行了分析。为研究DPF的性能与管理提供有效的理论依据。     

基于机器学习的柴油机碳烟颗粒质量排放预测模型

基于SC7H涡轮增压柴油机试验台架,开展了非道路瞬态试验循环下的柴油机排放试验,研究了瞬态循环的工况对碳烟颗粒质量浓度的影响。收集与碳烟颗粒质量浓度相关的各类传感器数据,构建一个大型的柴油机碳烟排放数据集。构建LGB梯度树模型和循环神经网络模型,采用数据集对它们进行训练,然后采用自学习算法对两种模型进行融合,获得一个更高准确度的预测碳烟质量排放融合模型。预测与实测结果的比较表明,构建的融合模型能较为准确地预测柴油机排放的即DPF入口的碳烟质量浓度实时变化,为柴油机后处理过程中碳载量的准确计算以及控制策略的开发提供参考。