柴油机颗粒捕集器(DPF)是当前处理排气污染物最有效的手段之一,相对而言,DPF载体的催化剂涂覆技术已经非常完备,目前该技术最大的瓶颈是再生控制技术。DPF的再生时机判断过早,再生频率太高,会加快载体的老化,降低发动机燃油经济性;再生时机判断过晚,再生时载体内积累的碳载量过多,又会造成再生温度过高,载体易发生烧损现象。此外,确定了再生时机后,还需要对再生过程中的温度进行相应的管理,既要防止再生温度太高,损毁后处理系统,也要避免后处理系统入口处的温度过低,喷入的燃油不能充分氧化,造成二次污染。因此,本文针对DPF的再生技术难题,设计了DPF再生控制策略,并通过仿真试验验证了控制策略及模型算法的有效性。本文的主要内容和结果如下:(1)搭建后处理系统被控模型。主要包括发动机、催化氧化器(DOC)和颗粒捕集器(DPF)模型。通过台架试验获取了部分工况下发动机和后处理系统的排气温度和排气背压,基于台架试验对被控模型进行离线标定,确保被控模型可以准确反映研究原型的物理输出特性。考虑到使用发动机台架进行控制策略的验证时,碳烟加载周期长且成本太高,验证环节使用上述被控模型对再生系统的控制策略进行仿真验证。(2)设计颗粒捕集器的碳载量估算模型。推导颗粒捕集器载体内排气背压和碳烟颗粒加载量的关系,建立了基于DPF压差的碳载量估算模型;基于载体内碳烟颗粒捕集量、主动再生和被动再生过程中颗粒物消耗量的关系,建立了基于化学反应的碳载量估算模型。此外,在碳载量估算模型的建立过程中加入了柴油机瞬态工况参数如EGR率、瞬态空燃比、灰分和排气体积流量等因素对排气压差的影响。采用两种碳载量估算模型可以提高再生系统对碳载量估算的准确性,弥补小排气流量时压差传感器测量精度不足的缺陷。(3)设计催化氧化器出口处排气温度反馈控制器。为了使催化氧化器出口处排气温度控制更加准确,依据能量守恒定律建立了载体内部传热过程数学模型,并根据PID理论建立了温度反馈控制器。(4)使用MATLAB/Simulink和AVL BOOST进行联合仿真验证再生系统控制策略和模型算法的有效性。首先通过仿真试验对再生控制系统的基础参数进行确定,参数主要包括DOC入口排气温度最低值、出口排气温度目标值和主动再生反应要求的氧含量阈值,验证阶段分别选取了有代表性的中高负荷工况和WHTC测试循环作为边界条件,此外还对再生系统控制策略中的再生中断部分进行了验证。