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颗粒物(PM)是柴油机最主要的排放污染物之一,对人类身体健康危害极大。随着排放法规日趋严格,柴油机必须搭载后处理系统才能满足排放要求。柴油机颗粒物捕集器(DPF)是降低颗粒物排放最有效的技术。DPF对颗粒物捕集效率能达到90%以上,但随着碳颗粒逐渐累积在DPF内,发动机背压逐渐升高,导致发动机效率下降,燃油经济性恶化,因此必须周期性或连续地清除碳颗粒,这称为再生过程。文中对柴油机催化氧化器(DOC)和颗粒物捕集器耦合系统,采用台架试验和数值仿真结合的方法进行了研究。通过台架试验研究了 DPF的压降特性,并建立了基于填充床理论和达西定律的DPF捕集及压降数学模型。DPF压降和排气温度呈线性关系,和排气流量呈二次方关系;在DPF深床捕集阶段,压降迅速上升,在饼层捕集阶段,压降缓慢上升。采用AVL-BOOST软件建立了 DPF一维仿真模型,并利用试验数据对模型参数进行标定,模型仿真结果平均误差小于5%。并利用准确的模型对DPF各组分压降进行仿真研究,得到深床碳烟层对总压降的影响要大于饼层,以不到五分之一的碳载量贡献了超过40%的压降。通过台架试验研究了 DOC温升特性,采用排气管柴油喷射的方式,分别研究了不同喷油策略、DOC入口温度及排气流量对温升特性的影响。得出DOC入口温度越高,排气流量越小,喷油量越大,DOC温升效果就越好,但是过高的喷油量容易导致DPF热损坏以及造成HC泄漏。接着在MATLAB/Simulink软件上建立DOC 一维离散数学模型,基于试验数据,采用最小二乘法辨识模型参数,并设计基于扩展卡尔曼滤波的状态估计器对DOC内部不可测状态进行估计,其中,DOC出口温度估计值与测量值误差小于5%。在常规基于压降判断碳载量方法的基础上提出了 DPF等效电路模型,该模型利用DPF体积流量和压差测量值准确计算出由于累碳造成的流阻值,建立了流阻-温度-碳载量MAP图,精确估计碳载量。在排气流量较大的工况下,模型压降仿真值能较好跟踪测量值,相对误差小于10%,绝对误差小于O.1kPa。