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。     

基于流通阻力的DPF碳载量预测模型研究

精确预测碳载量是目前柴油机颗粒捕集器(DPF)技术应用的关键环节。本文中首先对DPF压差值的主要影响因素进行了理论分析,发现当DPF的物理结构和内部碳载量确定的情况下,其压差主要受排气体积流量的影响,进而提出采用流动阻力值作为特定碳载量下压差与排气体积流量的关系表征。其次,运用GT-Power软件建立DPF一维仿真模型,模拟了DPF内部不同碳载量对流通阻力的影响,分析表明:瞬态工况下DPF压差值受发动机运行工况影响而在较大范围内剧烈波动,但流通阻力值相对较稳定且与DPF内部碳载量呈正相关关系。最后,结合发动机台架试验对DPF仿真模型进行了试验验证,两者吻合良好,最大误差约10%。     

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。     

基于温耗比的重型柴油发动机排气热管理试验研究

对缸内燃烧喷射参数、进气节流阀和电控放气阀提升排气温度的规律进行研究，提出温耗比的概念用于表征经济性和排气温度提升效率，针对全球统一瞬态试验循环（WHTC）工况下冷态污染物排放量高的问题，通过分析提温幅度与加热时长的关系，优化了热管理控制策略。试验结果表明：优化后在油耗保持基本不变的前提下，冷态WHTC工况下的涡轮后平均排气温度提升了13℃，尿素喷射提前了63 s,NOx比排放量降低了32%;10%负载的车载排放检测系统（PEMS）测试中，在满足国家第六阶段污染物排放标准的基础上，涡轮后平均排气温度提升了17.8℃，台架PEMS试验油耗降低了3.7%。     

重型柴油机瞬态工况排放和EGR影响的试验研究

本文中对一重型柴油机瞬态工况下的NOx与碳烟排放和引入EGR技术的影响进行试验研究。结果表明,引入EGR后,NOx的瞬态排放有所改善;但碳烟的瞬态排放恶化;关闭EGR阀可缓解碳烟瞬态排放的恶化。通过直流电机EGR阀关闭阶跃试验,揭示了EGR阀的关闭对发动机各项性能的影响规律,为重型柴油机瞬态排放的EGR控制提供了依据。     

EGR和微粒过滤器降低排放的试验研究

对废气再循环(EGR)与微粒过滤器(DPF) 技术降低柴油机NOx与PM排放进行了试验研究,通过对运用EGR技术的系统在不同工况下的排放试验,观察柴油机在不同负荷下NOx、烟度的变化,进而算出EGR率,得出最佳EGR率与负荷的关系;对微粒过滤器进行过滤再生试验,研究不同时间、不同调节阀开度对再生温度的影响,以提高微粒过...     

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。     

采用EGR与SCR降低柴油机排放的对比试验研究

采用EGR+DPF和SCR两种降低排放的方式,对某重型年用柴油机进行了稳态循环工况和瞬态循环工况试验研究.结果表明,对于降低NOx排放,无论稳态循环工况还是瞬态循环工况,采用EGR尾气处理方式均优于SCR处理方式;对于降低PM的排放,在稳态循环工况中,EGR处理方式优于SCR处理方式,而在瞬态循环工况中,SCR处理方式优于EGR处理方式.     

EGR柴油机瞬态性能优化研究

以降低瞬态过程烟度和NO_x排放为目标,在一台高压共轨电控重型柴油机上进行了EGR对柴油机恒转速增扭矩5s典型瞬态过程燃烧和排放性能影响的优化研究。结果表明:瞬态过程中固定EGR阀开度造成EGR率"超调"、烟度剧增;与"全程轨压"策略相比,"分段轨压"有利于改善小负荷工况的燃烧热氛围,提高瞬态起始负荷并耦合"分段轨压"可以有效降低瞬态过程烟度峰值;EGR阀的开闭对瞬态性能影响最大,瞬态过程1.5s关阀、4s开阀的策略可以实现较好的烟度和NO_x排放折中,消光烟度峰值为9.2%,NO_x峰值稍有增加但增幅不大。     

车用柴油机EGR瞬态响应特性

应用自行开发的柴油机瞬态测试系统和电控EGR系统进行了EGR瞬态响应特性研究。结果表明:瞬态工况下由于EGR压差的增加和进气量的减小造成EGR率大幅度超调,增加幅值随瞬变率增加而增加;EGR本身会造成柴油机排气烟度增加,瞬态工况下EGR率的超调更加剧了这种恶化;与稳态工况相比,1600 r/min、5 s增负荷工况EGR率最大超调幅度达到43%,排气烟度增加6倍;2000 r/min增负荷工况EGR瞬态响应特性具有大致相同的规律。在发动机瞬变过程中需要制定相应的EGR瞬态控制策略,以降低瞬态排气烟度。     

FBC对柴油机颗粒捕集器性能的影响

为了研究燃油添加型催化剂（FBC）对柴油机颗粒捕集器性能的影响，分别使用了不添加和添加FBC的燃油对两套柴油机颗粒捕集器（DPF）进行性能及耐久试验。结果表明：FBC不会影响DPF对颗粒物质量及数量的过滤效率；FBC可以有效协助碳烟燃烧，将DPF平衡点温度从350℃降低到325℃，提高DPF的被动再生能力；FBC可以降低DPF的主动再生温度，将DPF上碳烟的起燃温度由600℃降低到450℃以下，提高DPF再生速率及再生效率，从而提升DPF的主动再生性能；FBC可延长DPF的再生周期，提高DOC+DPF系统的耐久性。     

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。     

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。     

柴油机WHTC循环排气热管理之后处理技术研究

本文介绍了WHTC排放测试循环的背景,以一台3.8L柴油机为试验样机,对其运行WHTC循环以及现行国标GB17691-2005中的欧洲瞬态排放测试循环(ETC)的试验工况进行了后处理排气温度对比分析,造成WHTC循环NOX排放的主要原因就是发动机在循环过程中排气温度偏低,SCR后处理系统工作条件不佳。因此能够提高或保持后处理器的温度,选择更高效适用的后处理是我们研究的方向,本文基于后处理保温措施,后处理的选择对排放的影响进行分析。     

EGR阀升程规律对重型柴油机瞬态工况排放特性的影响

基于1台配备废气再循环系统(EGR)的重型柴油机,试验研究了瞬态工况下EGR阀升程规律对重型柴油机排放特性的影响。针对恒转速变扭矩与恒扭矩变转速过渡工况设计了5种EGR阀升程规律,根据升程走势可分为3种类型:线性升程,上凸型升程以及下凹型升程。结果表明:瞬变过程中,初始EGR阀开度变化速率对NO_x生成影响巨大,NO与NO_x排放规律基本吻合,EGR阀升程规律对NO_2排放影响甚微。不同EGR阀升程规律下烟度变化规律相同,呈先增后减的趋势,但峰值明显不同。EGR阀升程规律对燃油经济性影响不大。     

带可变几何涡轮增压器柴油机的双回路废气再循环多变量控制

研究双回路废气再循环(EGR)柴油机采用多变量控制器的设计问题。发动机需控制2个EGR阀(高压阀和低压阀)、1个排气节流阀和1个可变几何涡轮增压器。提出了一种利用模型预测控制(MPC)方法,对柴油机进行适用于生产的空气管理控制。此外,概述了所提出设计的调整过程。在1台2.8L轻型柴油机上获得了设计的性能试验结果。控制器闭环性能的LA-4循环瞬态数据验证了设计过程的有效性。在整个瞬态行驶循环控制器的标定过程中,MPC从数据采集开始到建立发动机标定模型仅用10天时间。     

柴油机废气再循环控制策略的优化与仿真验证

针对发动机在瞬态工况下废气再循环（EGR）目标开度响应速度慢和稳定性差问题,在基于进气量控制的基础上,提出了一种基于最小二乘向量机的 EGR 目标开度预测模型。通过改进的平衡优化器算法来调整模型的正则化参数和带宽,并在选定的瞬态工况下对模型进行模拟仿真。结果表明：与反向传播神经网络（BPNN）、径向基函数神经网络（RBFNN）和广义回归神经网络相比,所提出的预测模型在瞬态工况下具有更好的预测性能;与现有的控制策略相比,所提控制策略的 EGR 率曲线有较好的实时跟踪性,且与传统控制相比,其响应速度更快、稳定性更好。     

柴油机微粒捕集器被动再生平衡研究

建立了柴油机微粒捕集器（DPF）的三维仿真模型,并验证了模型的准确性。模拟计算了DPF连续被动再生过程中 m （NO2）/m （Soot ）比例、排气温度及450℃时 O2浓度对再生平衡的影响。结果表明：排气中m（NO2）/m（Soot）比例为5时再生达到平衡,比例越高越有利于去除微粒物;排气温度越高参与再生反应的O2越多,越有利于DPF再生达到平衡;排气温度为450℃及O2浓度为5％时达到平衡,其浓度越高则再生速率越高。     

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。     

基于PID的柴油机闭环EGR控制策略研究

介绍了基于PID控制原理的柴油机闭环EGR控制策略;探讨比例系数P、积分系数I对EGR系统稳定性和响应性的影响,提出不同工况下PI参数的整定原则;在欧洲稳态试验循环NOx排放水平一致的前提下,对比分别采用开环、闭环控制策略控制EGR开度时,不同转速加速工况下发动机烟度排放、加速性能的区别。结果表明,采用闭环控制EGR系统时,发动机的瞬态工况烟度排放和加速性能都明显优于开环控制系统。