基于微粒捕集器监测的柴油机排气特性参数研究

摘要

随着世界排放法规日渐严格，柴油机微粒捕集器以其良好的过滤效果和较低的使用环境要求等优点，已经在国内外柴油机后处理方面得到了广泛的应用，但是由于长期使用或者使用不当，微粒捕集器会发生堵塞和破损等故障。目前对微粒捕集器监测的研究还很少。因此，对基于柴油机微粒捕集器监测的柴油机排气特性的研究工作的开展十分必要。
　　利用发动机性能仿真软件GT-Power建立了可以满足仿真计算要求的柴油机、柴油车和微粒捕集器仿真模型。利用建立的仿真模型，对稳态及道路工况下柴油机的排气温度特性进行研究，着重分析微粒捕集器不同状况对柴油机排气温度的影响;通过分析表明，在稳态和道路工况下，柴油机排气温度对微粒捕集器内微粒沉积量不敏感。
　　对柴油机排气特性中另一个重要参数—排气压力的变化规律进行研究。从稳态及道路工况下柴油机排气压力特性的研究中得到，微粒捕集器前端排气压力与前后两端的排气压力差都可以作为微粒捕集器内的微粒沉积量的特征参数;在稳态工况下，还从平均排气压力和排气压力频谱两个方面对微粒沉积量对排气压力的影响进行分析，分析表明排气压力频谱的特征频率幅值比平均排气压力更适合作为微粒捕集器中微粒沉积量的特征参数。
　　论文还通过仿真计算和实验研究的方法，研究了柴油机微粒捕集器状态对排气噪声的影响。通过仿真计算，着重研究了微粒捕集器中微粒沉积量对排气噪声的影响，研究表明，排气噪声频谱中排气脉动频率下的幅值随着微粒捕集器内微粒沉积量的增加而降低，可以考虑通过监测排气脉动频率下的幅值对微粒捕集器的微粒沉积量进行监测。通过实验方法，研究了微粒捕集器破损程度对排气噪声的影响，研究表明，随着微粒捕集器过滤体破损程度的增加，排气噪声频谱中排气脉动频率下的频率分量的幅值、两倍排气脉动频率下的频率分量的幅值都会随之增加，可以考虑通过监测两者之和对微粒捕集器破损程度进行监测;在一定的实验条件下，排气噪声频谱的峰值处的频率随着过滤体破损程度的增加而减小，可以考虑通过监测排气噪声频谱中的某些频率的变化对过滤体破损程度进行监测。
　　论文开展的基于微粒捕集器监测的柴油机排气特性研究工作，能够为柴油机微粒捕集器堵塞或者破损的状态监测提供一定的依据，并可以为今后工程化的研究工作奠定一定基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 柴油机有害排放物后处理技术的研究现状

1．2．2 柴油机排气DPF系统的研究现状

1．2．3 柴油机后处理系统故障诊断的研究现状

1．3 课题的研究内容与目标

1．3．1 问题的提出

1．3．2 课题的研究内容

1．3．3 论文的研究目标

2 模型的建立

2．1 引言

2．2 柴油机微粒捕集器仿真模型的建立

2．3 柴油机仿真模型的建立与验证

2．3．1 柴油机仿真模型的建立

2．3．2 柴油机仿真模型的验证

2．4 柴油机排气特性MAP图

2．5 柴油车仿真模型的建立

2．5．1 柴油机与整车匹配参数的选择

2．5．2 柴油车仿真模型

2．6 本章小结

3 稳态及道路工况下柴油机的排气温度特性研究

3．1 引言

3．2 稳态工况下柴油机的排气温度特性

3．2．1 柴油机不同工况下的排温特性

3．2．2 不同微粒捕集器状况下柴油机的排温特性

3．3 道路工况下柴油机的排气温度特性

3．3．1 不同道路工况下柴油机的排温特性分析

3．3．2 微粒捕集器状况对柴油机排温特性的影响分析

3．4 本章小结

4 稳态及道路工况下柴油机排气压力变化规律的研究

4．1 引言

4．2 稳态工况下柴油机平均排气压力的仿真分析

4．2．1 柴油机工况对平均排气压力的影响

4．2．2 柴油机微粒捕集器状况对平均排气压力的影响

4．3 稳态工况下柴油机排气压力及其频谱分析

4．3．1 柴油机排气压力变化特性的仿真分析

4．3．2 柴油机排气压力的频谱分析

4．3．3 排气压力频谱幅值与平均排气压力的对比

4．4 道路工况下柴油机排气压力的仿真分析

4．4．1 不同道路工况对排气压力的影响

4．4．2 道路工况下微粒捕集器状况对排气压力的影响

4．5 本章小结

5 稳态及道路工况下柴油机排气噪声特性的研究

5．1 引言

5．2 声学基础简介及柴油机噪声的产生机理

5．2．1 声学基础简介

5．2．2 柴油机噪声的产生机理

5．3 柴油机排气噪声的影响因素研究

5．3．1 柴油机工况对排气噪声的影响

5．3．2 柴油机微粒捕集器状况对排气噪声的影响

5．4 柴油机排气噪声信号分析

5．4．1 柴油机排气噪声信号处理方法

5．4．2 基于FFT的柴油机排气噪声信号分析

5．4．3 排气噪声声压级与排气噪声频谱的对比

5．4．4 排气噪声与排气压力的对比

5．5 柴油车排气噪声的仿真分析

5．5．1 不同道路工况对排气噪声的影响

5．5．2 道路工况下微粒捕集器状况对排气噪声的影响

5．6 基于微粒捕集器监测的排气参数总结与对比分析

5．6．1 微粒沉积量对排气参数的影响总结

5．6．2 不同微粒沉积量下排气参数变化规律的对比

5．7 本章小结

6 基于排气噪声的微粒捕集器破损故障实验研究

6．1 引言

6．2 实验原理与实验系统

6．2．1 实验原理

6．2．2 排气噪声信号采集实验系统

6．3 基于FFT的排气噪声信号处理方法

6．4 微粒捕集器破损故障实验及结果分析

6．4．1 故障设置和实验步骤

6．4．2 基于排气噪声的微粒捕集器破损故障实验结果

6．4．3 实验结果与仿真结果的对比

6．5 本章小结

7 全文总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

作者简历

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