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。     

柴油机DOC辅助DPF再生燃油喷射规律的优化

为了有效降低柴油机颗粒捕集器(DPF)再生过程产生的二次污染物,优化了催化氧化反应器(DOC)辅助DPF再生的燃油喷射规律。采用AMESim建立了DOC和DPF模型,在Simulink中建立了发动机排放和DPF再生控制模型,将两个软件耦合搭建联合仿真平台。对模型进行了验证,提出了先缓后急的燃油喷射规律。结果表明:660是较为理想的DPF再生温度,优化后的燃油喷射规律能够大幅降低DPF再生的二次污染。     

柴油机微粒捕集器催化再生技术

柴油机微粒捕集器（DPF）能降低柴油机的微粒（PM）排放量,文章提出了DPF催化再生技术方案,将氧化催化器（DOC）与DPF相结合,通过DOC催化氧化未燃HC等来提高排气温度达到微粒着火温度500～600℃,点燃微粒从而完成再生过程。以YN4100QB–1A柴油机为研究对象,对不同喷油量下的DPF升温特性进行了试验研究,试验结果表明：当喷油量大于60mL/min时,再生系统能迅速将排气温度提高到500℃以上。可变喷油量的喷油控制方案可使DPF升温平缓,降低再生造成的二次污染。     

排气管喷油再生的DOC辅助DPF系统起喷温度的试验研究

通过发动机台架试验,在固定发动机排气流量的条件下,试验研究了不同柴油机氧化催化器(DOC)前温度、排气尾管燃油喷射速率、贵金属(PGM)涂层含量时,DOC的碳氢化合物(HC)转化性能;得出DOC性能的变化规律、起喷温度的标定方法、PGM涂层含量对DOC催化器的影响规律。试验结果表明:随着DOC前温度的升高,DOC的HC转化能力增强,碳氢泄漏现象减弱。可通过标定达到柴油机颗粒捕集器(DPF)目标再生温度所需的DOC前温度(起喷温度)随喷油速率的脉谱图确定尾管喷射再生系统的起喷温度。随着喷油速率的增大,起喷温度先逐渐降低,然后缓慢上升。PGM涂层含量增大,DOC的HC转化能力增强,达到DPF目标再生温度所需要的起喷温度减小。PGM涂层含量为A和Bg/L时,达到目标温度所需的最低起喷温度为240~244℃。     

柴油机后处理系统N_2O排放特性的试验研究

对一台重型柴油机的后处理系统进行台架试验,研究其N2O生成特性,包括在颗粒捕集器(DPF)主动再生、选择性催化还原(SCR)反应和泄漏氨气在氨气氧化催化器(ASC)的氧化过程中一氧化二氮(N2O)的生成规律。结果表明,DPF主动再生时,喷入排气管的柴油与排气中的氮氧化物在催化剂表面发生副反应生成N2O,其生成量随DOC出口温度的升高呈现先增后减的趋势。在SCR反应中,Cu沸石催化剂生成的N2O最多,Cu/Fe复合催化剂次之,而其它催化剂生成的N2O很少;对于前两种催化剂,随着温度的升高,N2O生成量呈先增后减再增的趋势。从SCR催化器泄漏的氨气在ASC中被氧化生成N2O,温度在200~250℃时N2O生成量较大。     

采用缸内后喷和排气管喷油的DOC辅助DPF再生技术的研究

为克服传统喷油助燃再生方式存在的火焰难以形成、点火容易丢失和引起二次污染等问题,采用了缸内后喷与排气管喷油相结合的微粒捕集器(DPF)再生系统。利用台架试验研究了缸内后喷对发动机性能的影响。为满足氧化催化器(DOC)工作温度需求,在发动机排气温度250~350℃范围内的工况进行试验,得到不同工况下的最佳缸内后喷时刻、喷油量和排气管喷油量,并绘制了相应的MAP图。     

面向控制的DPF再生效率建模和试验研究

对柴油机颗粒物捕集器(DPF)的再生效率进行实时和准确的在线预估,可为DPF热再生结束的控制提供判断依据,是实现DPF系统化和高效应用的重要功能.本文基于热再生过程中DPF内碳烟颗粒的氧化反应机理探讨并建立了DPF再生效率计算模型,通过发动机台架试验对模型的化学反应动力学参数进行了校核和辨识,从而得到DPF内碳烟颗粒热...     

DOC辅助DPF再生的二次污染研究

在氧化型催化转换器(DOC)前端的排气管中喷入柴油,通过提高柴油机尾气温度、燃烧并去除柴油机微粒捕集器(DPF)中的PM,实现了DPF再生。对整个再生过程中尾气成分进行分析和计算,发现碳氢化合物(HC)为主要二次污染物,且排放相对较大。通过试验方法,分别研究喷油流量和喷油时DOC前端排气温度对再生过程中HC排放的影响,并依此提出保温处理、分阶段喷油和低速再生等三项优化措施。优化后再生过程中HC排放降低了68%,且燃油经济性提高了21%。     

基于数学模型的DPF再生控制策略仿真和优化

采用AVL Boost结合Matlab Simulink搭建包含发动机数据、DOC和DPF排放后处理系统及DPF再生控制策略的综合仿真模型,并为了使控制更加精确,基于DOC和DPF的数学模型设计了控制策略。经过台架试验验证,该综合仿真模型能较好反映DPF再生状况。基于该模型对再生开始判断条件、再生结束时机、再生中断处理等策略进行了优化。     

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。     

Computational study on the effects of volume ratio of DOC/DPF and catalyst loading on the PM and NOx emission control for heavy-duty diesel engines

The use of a diesel particulate filter (DPF) in a diesel aftertreatment system has proven to be an effective and efficient method for removing particulate matter (PM) in order to meet more stringent emission regulations without hurting engine performance. One of the favorable PM regeneration technologies is the NO₂-assisted regeneration method due to the capability of continuous regeneration of PM under a much lower temperature than that of thermal regeneration. In the present study, the thermal behavior of the monolith during regeneration and the conversion efficiency of NO₂ from NO with an integrated exhaust system of a diesel oxidation catalyst (DOC) and DPF have been predicted by one-channel numerical simulation. The simulation results of the DOC, DPF, and integrated DOC-DPF models are compared with experimental data to verify the accuracy of the present model for the integrated DOC and DPF modeling. The effects of catalyst loading inside the DOC and the volume ratio between the DOC and DPF on the pressure drop, the conversion efficiency, and the oxidation rate of PM, have been numerically investigated. The results indicate that the case of the volume ratio of ‘DOC/DPF=1.5’ within the same diameter of both monoliths produced close to the maximum conversion efficiency and oxidation rate of PM. Under the engine operating condition of 175 kW at 2200 rpm, 100% load with a displacement of 8.1, approximately 55 g/ft³ of catalyst (Pt) loading inside the DOC with the active Pt surface of 5.3 m²/g_pt was enough to maximize the conversion efficiency and oxidation rate of PM.     

采用燃烧器+氧化催化器的柴油机微粒捕集器复合再生控制策略的研究

设计了一种车载全流式燃烧器,从增压柴油机的涡轮增压器取出新鲜空气,从回油管路取油供给燃烧;将该装置安装在排气管尾端使捕集器进行再生.在燃烧器和捕集器之间增加氧化催化器,实现了在发动机所有稳态工况下捕集器的复合再生.在排气背压的再生控制策略基础上,根据经验公式对背压值进行温度修正,将三维背压MAP简化为二维,提出"恒温定时"的复合再生控制策略,分析了控制策略在不同工况区域的运用,给出了再生过程分析实例.对既定的控制策略进行了实车试验,结果表明微粒排放达到了国Ⅳ标准.     

柴油车微粒捕集器再生控制系统硬件设计

控制系统在柴油车微粒捕集器再生过程中起着重要作用。采用“燃烧器＋DOC＋添加剂＋DPF”的喷油助燃催化再生技术,设计了基于TMS320F2812单片机的再生控制系统硬件电路,分析了控制系统各硬件组成部分。实践证明,控制系统能够实现DPF可靠再生。     

共轨柴油机排气后处理系统实时仿真模型

柴油机从欧Ⅲ排放标准发展到欧Ⅳ排放标准需要增加排气后处理系统,对排气后处理系统的建模和仿真将是欧Ⅳ柴油机控制系统开发流程中的重要环节。介绍了排气后处理系统的发展状况,针对柴油机控制系统开发建立了排气后处理系统模型,包括氧化催化器和微粒过滤器两个模块,模型根据能量守恒和化学动力学原理建立。对后处理模型进行了硬件在环仿真,对微粒过滤器的再生策略进行了分析。     

柴油机颗粒物后处理技术综述

通过调研国内外文献,介绍了柴油机颗粒物污染现状、颗粒物后处理技术、壁流式颗粒捕集器(DPF)的工作原理、材料和结构类型、捕集器再生技术和控制策略等。堇青石陶瓷壁流式DPF具有成本和性能方面的优势,占据主要市场份额,再生技术是DPF应用的关键。与主动再生技术相比,被动再生具有结构简单、节约油耗等优势,可通过涂敷催化剂、前置DOC和辅助主动再生等方法确保再生效果。     

Comparison of fuel efficiency and exhaust emissions between the aged and new DPF systems of Euro 5 diesel passenger car

This study was conducted to examine the impact of aged and new DPF systems of the Euro 5 diesel passenger car on fuel efficiency and exhaust emissions. Test diesel vehicle used in this study was equipped with diesel oxidation catalyst (DOC) and diesel particulate filter (DPF) as aftertreatment systems, and satisfied the Euro-5 emissions standard. The displacement volume of engine was 1.6 L and the cumulative mileage was 167,068 km before the test. The FTP-75 test procedure was used, and the time resolved and weight based exhaust emissions of total hydrocarbon (THC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) were measured. The results show that the vehicle with the new DPF system has lower emissions of THC, CO and NOx than the aged one, and fuel efficiency also increased about 5 percent. The aged DPF system had higher backpressure due to the particulate matter (mostly in the form of ash) accumulated in the DPF. As was shown in the analysis using X-CT (X-ray computer tomography), the aged DPF system had particulate matter (PM) accumulated to a length of 46.6 mm. In addition, a component analysis of PM through XRF (X-ray fluorescence) analysis found that 50 % or more of the components consisted of the P, S, Ca, and Zn.