农用柴油机的DPF再生条件与排放性能智能多目标优化

为提升农用柴油机的DPF(diesel particulate filters)再生性能、排放和燃油经济性,该研究提出了基于增强循环训练的智能多目标优化方法。通过BP(backpropagation)神经网络构建了DPF再生条件预测模型,并提出AMSO(adaptive memory gull optimization)算法提高预测精度。基于NSGA-Ⅲ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅲ)对多个控制参数进行优化,并通过稳态和WHTC瞬态循环试验验证。结果表明:在稳态试验验证中,优化后DPF入口和出口温度平均增加了6.10%和2.90%,O_(2)浓度增加了18.86%,同时,NOx、烟度和BSFC(brakespecificfuel consumption)的平均降低分别为10.72%、11.48%和0.24%,确保了DPF的高效安全再生。在瞬态测试验证中,DOC(diesel oxidation catalyst)入口温度、DPF入口温度和O_(2)浓度明显改善,分别增加了31.00%、2.60%和0.50%,同时,NOx和烟度排放分别降低了10.40%和0.80%,燃油消耗减少了3.5%。证明了提出的优化方法解决了农用柴油机DPF再生与排放优化问题,为柴油机再生模式下控制参数优化提供指导。

柴油发动机国六DPF再生标定及问题研究

根据GB 17691—2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》法规要求,基于某重型柴油发动机的颗粒捕集器(DPF)再生系统,对DPF再生热管理开展了标定,对DPF再生控制策略进行了开发和标定应用,并对标定中存在的问题进行了分析和解决。试验结果表明该机型的DPF再生系统满足法规要求。

基于机内技术的DPF再生控制策略研究

针对DPF的再生技术难题,研究了基于机内技术的DPF再生控制策略,通过机内措施改变柴油机的燃烧,提升排温,在柴油机不作任何改动、不附加任何辅助系统的情况下实现过滤体的安全有效再生。首先,提出了基于柴油机机内控制技术的DPF再生控制技术方案,并设计了DPF再生监控系统。然后,建立了基于压差、柴油机转速和负荷多参数的碳烟加载模型,提高了再生的准确性和一致性;最后,设计了包含柴油机转速和负荷因素的提升柴油机排温的措施模型和再生温度控制模型,确保了DPF的再生过程有效且安全。试验结果表明,采用设计的再生控制策略,DPF的整个再生过程是有效且安全的。

基于压降进行DPF碳载量估算的研究

为提高DPF再生时机判断的准确性,通过DPF加载试验和压降特性试验,分析了DPF的加载过程和不同碳载量下的压降特性,利用压降与碳载量的线性关系,提出了一种基于压降数据估算碳载量的方法,并利用试验数据进行了验证。结果表明,在小排气流量区域,由于不同碳载量的压降曲线比较接近,且压降数据测量精度不足,导致碳载量估算的偏差较大,精度有待提高;其它排气流量区域内,碳载量估算偏差较小,尽管受到压降数据测量准确性和碳载量与压降关系的实际非线性的影响,碳载量估算偏差仍在±0.5g/L范围内。

喷油助燃再生DPF过滤体入口废气温度条件研究

阐述了DPF喷油助燃再生的工作原理,在考虑过滤体内沉积微粒氧化反应次模型的基础上,以壁流式蜂窝陶瓷过滤体为研究对象,建立柴油机稳态工况下过滤体入口孔道的再生简化模型。考虑到柴油机中小负荷排气富氧条件,通过无量纲化,结合DPF的排气背压模型,得到了喷油助燃再生DPF时过滤体入口端所需的温度条件。试验表明,以该条件获得的理论过滤体入口废气温度所对应的喷油率来调节燃烧器功率可顺利实现DPF的再生过程,为DPF喷油助燃再生系统的设计提供了一定的理论依据。

DPF分区再生性能的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,探索了柴油机颗粒捕集器(DPF)分区再生对再生性能的影响及其传热规律。试验结果表明:单区沉积再生时,Ⅰ区沉积和Ⅱ区沉积时容易出现较高的最高温度和最大温度梯度,同时再生效率也较高;沉积区域越偏离轴心,其再生效率越低。双区沉积再生时,沉积区域间距越小且越靠近轴心则越利于再生,再生效率也越高。多区沉积再生时,相比其他沉积情况,当Ⅱ区不沉积颗粒时,最高温度和最大温度梯度较低,同时具有较高的再生效率。DPF内部热量主要聚集在轴心末端位置,当DPF末端发生剧烈再生时热量具有向前传递的趋势。

DPF喷油助燃装置工作参数对再生过程的影响

以喷油助燃再生方式为例,基于柴油机微粒捕集器(DPF)过滤体孔道热再生模型,对喷油助燃再生装置在不同工作参数下即喷油压力、喷油率、补气量等单因素变化时对再生过程过滤体排气背压、孔道内微粒层厚度及壁面峰值温度等变化规律进行了研究与分析.结果表明:燃烧器的工作参数喷油压力、喷油率、补气量等对再生过程有显著影响.随着喷油压力的提高,过滤体孔道再生壁面峰值温度升高,加快再生速率.提高喷油率可加大燃烧器的功率,再生过程壁面峰值温度增幅较大,从过滤体的安全耐热温度来看应加以控制,但喷油率提高到一定程度后,使排气中氧含量不足,燃烧器燃烧效率下降,且影响微粒的氧化速度,导致再生速率随之下降.适当补气可增加排气中氧含量,可加快再生过程,但进一步加大补气量后由于对流传热散失作用加强将减缓再生过程.

基于DPF主动再生温度需求的柴油机进气节流控制策略

为得到DPF主动再生温度控制的全工况区域内进气节流控制策略,选取大、中、小负荷下的3种典型工况研究进气节流阀开度对柴油机泵气损失、排气热状态、缸内燃烧及排放特性的影响规律。台架稳态试验结果表明:随着节流阀开度的减小,节流作用增强,各工况下进气量逐渐降低,过量空气系数减小,最大燃烧压力下降,比油耗、CO、NO_X及烟度排放升高;但进气量的减少使得燃烧始点推迟,滞燃期延长,缸内燃烧温度及排气温度升高,抑制了HC的生成。当进气节流阀开度减小至20%时,低速小负荷工况进气流量减少率较大,排气温度提升更为显著,增幅可达62.7%,而高负荷工况排温略有升高,但泵气损失较大,增幅高达19.2%,严重恶化了发动机的经济性。因此该文综合3种代表工况下的排温提升潜力及主要性能变化规律,将A、B、C工况进气节流阀开度分别控制在35%~45%,50%~60%和70%~80%范围内,并依据排温分布特点得出发动机全工况范围内进气节流控制策略,即小负荷工况采用较小的节流阀开度,随负荷增大节流阀开度增大直至全开。

DPF白载体传热特性的试验研究

利用外加热源再生台架,测试了受来流热冲击时柴油机颗粒捕集器(DPF)白载体的内部温度场分布,分析各种因素对栽体最高温度T_(max)、最大升温速率K_(max)、末端温度梯度极值(dT/dy)_(max)的影响规律。研究结果表明:提高来流温度,T_(max)呈线性增大,K_(max)增加不明显,(dT/dy)_(max)也增大,有助于增强载体的传热性能;提高来流流量,T_(max)增加不明显,K_(max)则线性增大,(dT/dy)_(max)略有降低,也有助于增强载体的传热性能;增加载体长度,T_(max)、K_(max)、(dT/dy)_(max)均降低,载体传热性能降低。增加载体孔目数(CPSI),T_(max)和K_(max)增大,(dT/dy)_(max)减小,载体传热性能增强;在载体末端添加热惯性体后,T_(max)和K_(max)基本不变,(dT/dy)_(max)明显减小,对载体的内部温度分布影响不大,但可大幅度降低载体末端内部热应力。

微粒特性对DPF再生性能的影响

基于外加热源再生性能测试台架,实验研究了(碳黑)微粒特性对柴油机微粒捕集器(DPF)再生性能的影响规律,同时也比较了真实柴油机微粒与碳黑微粒在再生性能上的差异.结果表明,相同粒径而比表面积大的碳黑容易再生,其再生效率高,效能比(效率/能量)也高.模拟可溶性有机物(SOF)含量高的(模拟)碳黑容易再生,效能比高.模拟20%,SOF碳黑微粒热处理后更易于再生,再生效率高,效能比高.与碳黑相比,柴油机微粒更容易再生,再生效率高,效能比高.

DPF热再生过程影响因素研究

建立了柴油机微粒捕集器(DPF)的热再生模型,研究了再生条件(混合气流量、再生温度、氧气浓度、初始微粒层厚度)对DPF再生过程中壁面温度峰值、最大温差、再生时间或单位再生时间和能量效率的影响。研究结果表明,适当增大混合气流量、提高再生温度和氧气浓度都可以缩短再生时间;氧气浓度过高、初始微粒层太厚会导致再生过程中DPF的壁面温度峰值及最大温差过大;混合气流量过大会降低再生过程中能量利用率;再生温度为900K时,再生效果最佳。

柴油机DOC+CDPF系统的过滤和再生性能试验研究

基于氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)系统开展了发动机台架试验,对比系统前后的颗粒物粒径分布,获得了系统的过滤效率,同时也测量了该系统在各稳态工况下的再生效率。研究结果表明:该系统对颗粒物的过滤效率在发动机的各个工况均能达到95%以上;系统前的颗粒物数量浓度呈单峰分布,主要为核模态;系统后颗粒物数量浓度呈双峰分布,峰值分别在10nm和150nm左右,且10nm左右波峰峰值最大;再生效率随着再生温度的升高呈上升趋势,测试系统的起燃温度在250℃以下;再生效率均随着再生时间的增加而增加,但在再生后期明显变缓;在较高的再生温度时,颗粒担载量增大将有利于提高再生速率。

基于快速原型的DPF系统再生控制策略模型开发及实现

目前柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)主要依靠压差传感器判断再生时机,用该方法推断的颗粒物积累量与实际积载量有一定偏差,为提高主动再生触发时刻判断的准确性,本文在MATLAB/Simulink环境下开发了一种基于背压碳载量计算、碳载量数值计算及油耗的DPF再生控制策略,借助快速控制原型工具PROtroniC,快速修改模型,同时在台架实验中,修改各类影响因子及标定量,完成V型开发。该控制策略弥补了背压差判断积载碳量判断的不足;在测试中,该控制策略在对再生条件开始判断、再生结束时机、中断处理等方面满足了使用需求。

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。

DPF再生及其颗粒物数量浓度排放性能的试验

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)再生性能测试台架,研究了入口过渡段长度、再生温度和再生时间对其再生性能的影响,同时也探索了DPF再生时出口颗粒物数量浓度排放性能的变化规律.结果表明:随着过渡段长度的增加,再生效率和效能比先保持不变,后逐渐降低,继而又趋于稳定,DPF内部最高温度与最大温度梯度均呈逐渐降低的趋势.再生温度的增加会使再生效率和效能比先缓慢增加而后迅速增加,但DPF内部最高温度和最大温度梯度呈线性增加的趋势.碳黑沉积较为均匀时,再生时间的增加能够在一定程度上提高再生效率,提高再生温度将会出现再生时间拐点,且随着再生温度的增加,再生时间拐点提前,拐点之后继续增加再生时间,再生效率增加量较小.DPF出口颗粒物总数量浓度和粒径分布与其内部沉积的碳黑分布特性具有较大关系,无过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度呈先增加后减小的趋势,加装50 cm过渡段时,DPF出口颗粒物总数量浓度逐渐减小.

非道路用柴油机DPF电加热再生特性CFD研究

通过STAR-CCM+软件建立非道路用柴油机DPF电加热再生装置的仿真模型,对装置的流场特征和再生特性进行仿真分析并进行优化设计。结果表明:运用大功率加热管可以加热柴油机尾气,较好地实现DPF再生;提高再生效果的关键在于控制加热室内尾气的流动速度,并提高尾气流场的均匀性。

基于MPC5602的CDPF喷油助燃再生系统电控单元设计

文章分析了柴油发动机柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)喷油再生系统的结构和工作原理,研究了氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+催化型柴油机颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)喷油辅助再生系统的再生控制策略,提出采用Freescale公司的32位高速MPC5602单片机为核心控制器,开发了CDPF再生系统电控单元;根据控制策略对电控单元进行软件设计,在再生过程中对系统各执行器进行实时控制;最后搭建试验台架,对所设计的电控系统进行标定匹配,并对控制策略和电控单元工作性能进行试验。试验结果表明,该系统能稳定工作并顺利完成DPF的再生。

基于Simulink和AVL Boost的DPF再生系统建模和控制策略研究

采用Matlab Simulink与AVL Boost软件相结合的方法建立了包括柴油发动机、DOC、DPF和再生控制策略在内的完整仿真模型。模型采用Simulink查表获取发动机数据的方法解决了发动机仿真和后处理系统仿真时间尺度不一致的问题。研究结果表明:与试验结果相比,模型仿真的DPF再生过程吻合良好,DOC温度曲线几乎重合,DPF温度和压降变化趋势完全一致。最后在模型的Simulink环境中设计了DPF再生控制策略,仿真结果表明控制策略在变工况条件下依然能很好地完成再生。

柴油机DPF驻车再生排气热管理策略试验研究

在一台非道路国四高压共轨柴油机上,利用试验台架研究颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中不同排气热管理策略对氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度及排放的影响。结果表明,合适的再生转速、节气门关闭角度及喷油参数对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著。研究结果可以对柴油机DPF驻车再生排气热管理策略的制定和优化提供指导。

驻车再生DPF的周期排放测试及评价方法研究

基于一款通过驻车电加热进行再生的DPF和相关污染物采样及排放测试设备,建立了驻车再生DPF再生期间排气污染物采样系统和周期排放测试及评价方法,并基于发动机台架试验验证了该系统和方法。结果表明,驻车电加热再生DPF再生期间会产生大量的CO,CO再生因子可达1.02;尽管再生过程中产生了一定量的NOx、THC和PM,但对于发动机周期排放的影响并不显著。满足国五排放标准并加装电加热再生DPF的车用柴油机,考虑再生期间排放后的加权排放仍能满足国五排放标准要求。