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基于dpf进出口端压差和温度的碳烟加载量估算研究

基于DPF进出口端压差和温度的碳烟加载量估算研究

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作者：程静峰江苏大学

学位级别：硕士

随着我国汽车产量和保有量逐年增加,汽车尾气排放对大气的污染也日益严重。其中颗粒物(PM,Particulate matter)是柴油机排气的主要污染物之一,极易对空气和人体健康造成巨大危害。柴油机微粒捕集器(dpf,Diesel Particulate Filter)是降... 详细信息

随着我国汽车产量和保有量逐年增加,汽车尾气排放对大气的污染也日益严重。其中颗粒物(PM,Particulate matter)是柴油机排气的主要污染物之一,极易对空气和人体健康造成巨大危害。柴油机微粒捕集器(dpf,Diesel Particulate Filter)是降低柴油机微粒排放最有效的技术方法之一。但当dpf内积累了一定量的PM时,需要进行再生操作,而再生的关键技术在于准确预估dpf内部的碳烟加载量。本文搭建了基于柴油机试验台架的dpf试验系统,该系统由柴油机、dpf、压差温度测量传感器装置和数据采集装置四部分构成。根据dpf压差组成建立了dpf压差模型,并根据研究拟合出碳烟加载量与dpf壁面渗透率之间的函数关系。利用Simulink建立了dpf压差仿真程序并进行了验证。结果表明,在试验范围内计算值与试验值最大平均相对误差为9.3%,且准确体现了dpf捕集过程中的阶段变化。通过台架试验分别进行稳态工况和瞬态工况的轴向温度分布探究。结果表明,稳态工况下dpf进出口端温度无明显差异;在瞬态工况下,dpf进出口端温度有明显滞后,最大滞后时间达到33 s。根据排气与dpf之间的传热方式,建立了dpf温度模型,得到dpf孔道排气和本体温度的求解公式。利用Simulink软件建立dpf温度仿真程序,通过验证得到稳态工况最大相对误差为4.9%,瞬态工况最大相对误差为4.8%。分别探究了排气流量、dpf孔目数、dpf长度和碳烟加载量对轴向温度的影响。结果表明,提高排气流量,滞后时间t和轴向温度梯度下降且下降速率减小;增加dpf孔目数,t和轴向温度梯度均线性降低;增加dpf长度,t线性增加,轴向温度梯度降低且速率减小。柴油机运行工况和dpf尺寸规格确定时,dpf轴向温度差峰值和温度差曲线积分均随碳烟加载量的增加而线性增加,但不同运行工况下得到的线性关系并不相同。提出了基于dpf进出口端压差和温度的碳烟加载量估算方法,通过三组升温工况分析dpf碳烟加载量的估算情况。结果表明,稳态工况下压差估算模型计算的碳烟加载量曲线经过上升过程后保持稳定且接近实际值;在瞬态变换工况下,碳烟加载量曲线出现尖峰,计算值大幅漂移并远离实际值。使用温度估算模型得到的碳烟加载量曲线在稳态工况保持不变,在瞬态工况下碳烟加载量曲线快速上升并在实际值附近保持稳定。协同估算模型能够有效结合压差和温度方法的优势,消除压差估算模型在瞬态工况下的数据漂移,同时快速计算出碳烟加载量,将标定范围限定在特定工况,降低标定总量。通过对比三种估算方法得到的相对误差,发现协同估算模型保持最低的相对误差,当碳烟加载量为1 g/L,工况由600 r/min,0 N·m切换至1382 r/min,1361 N·m,压差估算模型的相对误差为37.5%,温度估算模型的相对误差为14.2%,协同估算模型的相对误差为10%,体现出较高的精度。

关键词：柴油机微粒捕集器碳烟加载量估算 dpf压差模型轴向温度分布协同估算模型

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