用微粒過濾器和EGR同時降低柴油機微粒和NOx排放.pdf

1、本研究的目標是聯(lián)合使用高過濾效率的紅外再生微粒陶瓷過濾器和廢氣再循環(huán)(EGR),同時降低柴油機的微粒排放和NOx排放.試驗結(jié)果表明:本文研究開發(fā)的柴油機微粒陶瓷過濾器平均過濾效率在95﹪以上,達到歐Ⅲ及以上微粒排放標準;基于寬范圍氧傳感器(UEGO)的閉環(huán)控制柴油機EGR系統(tǒng)能有效地降低NOx排放,NOx的降低率最高可達42﹪,平均降低率約為30﹪.首先通過試驗對柴油機微粒過濾器的過濾特性和再生特性進行了基礎(chǔ)研究.通過調(diào)整加熱器流通孔的

2、分布密度和調(diào)整電熱絲在輻射盤上的分布密度,以及采用雙層殼體過濾器,過濾器再生性能綜合指標得到進一步提高.從多孔介質(zhì)理論出發(fā),推導(dǎo)了壁流陶瓷壓力降與柴油機運行參數(shù)間的關(guān)系.由試驗數(shù)據(jù)應(yīng)用線性回歸解出待定系數(shù),得到壁流陶瓷壓力降與柴油機轉(zhuǎn)速和排氣溫度的關(guān)系.由上述關(guān)系確定的再生時機能將微粒物質(zhì)量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),解決了實際應(yīng)用中過濾器再生時機的確定這一關(guān)鍵技術(shù)難題.從流體力學(xué)基本原理出發(fā),結(jié)合柴油機的特點,推導(dǎo)出了再生調(diào)節(jié)閥開度與負荷、排

3、氣溫度和背壓間的函數(shù)關(guān)系.在微粒過濾器的基礎(chǔ)上,建立了具有清潔再循環(huán)廢氣的、基于寬范圍氧傳感器(UEGO)的閉環(huán)控制柴油機EGR系統(tǒng).在柴油機穩(wěn)態(tài)工況下,通過試驗測定了不同空燃比時,NOx、HC、C0、煙度和油耗的變化.通過對測試數(shù)據(jù)的分析,確定了最佳空燃比MAP.應(yīng)用系統(tǒng)辨識的理論和方法,通過離線參數(shù)估計,建立了以EGR閥開度為輸入、以空燃比為輸出的EGR系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型.檢驗結(jié)果表明,模型充分表達了系統(tǒng)的動態(tài)特性,具有較高的精度,

4、為控制器的設(shè)計和分析奠定了基礎(chǔ).在EGR系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)控制系統(tǒng)的頻域理論,采用頻域法設(shè)計了魯棒Smith預(yù)估控制器.仿真和試驗結(jié)果表明控制器動態(tài)性能良好,且對參數(shù)的變化具有很強的魯棒性.結(jié)合EGR系統(tǒng)自身的特點,設(shè)計了具有自學(xué)習(xí)機制的EGR系統(tǒng)控制模式.選用80C196KB單片機作為控制器核心,設(shè)計了柴油機微粒過濾器和EGR系統(tǒng)兩者整合后的一體化控制器.一年多的使用情況表明,控制器的設(shè)計是成功的,抗干擾能力強、工作可靠穩(wěn)定,完全