随着缸内直喷技术在汽油发动机中的广泛应用,在提高燃油经济性的同时也带来相比较传统进气道喷射发动机更多的碳烟颗粒排放,为了满足严苛的排放标准,多数汽车厂商选择汽油机颗粒捕集器这一重要技术。汽车在正常行驶过程中,通常无法完全氧化颗粒捕集器中的所有碳烟颗粒,造成经济性和动力性下降。为了改善这一情况,需要从再生时机、再生手段和再生中断三个主要方向对颗粒捕集器的主动再生进行控制,使其恢复过滤效率,降低排气背压。因此构建合理的再生控制策略是保证汽油机颗粒捕集器工作效率的最有效途径。本文基于Matlab/Simulink搭建可视化的通用再生控制架构,将控制策略划分为七个子模块,实现根据碳烟载荷等再生条件判断主动再生需求,根据发动机工况判断能否启动主动再生,协调发动机采用不同工况进行主动再生,和出于安全性、经济性角度中断主动再生等。并根据控制策略需求,基于模型预测排气管、三元催化转化器和颗粒捕集器中的温度变化和颗粒捕集器的压降。并在1.5 GDI发动机台架上针对控制策略和对象模型设计试验,用获得的动态数据检验策略和模型。本文的主要发现、结论如下:(1)本文的碳烟载荷估算主要从碳烟生成量和碳烟氧化量两个角度分析,生成量主要受到发动机工况、冷却液水温等因素影响,碳烟氧化则基于模型预测。再以压差传感器测量值为辅助,实现碳烟载荷的判断。主动再生需求是根据以碳烟载荷为主的一系列判断,再生通常采用提高排气温度或增加排气中氧气含量的方式,如推迟点火或提高过量空气系数。当再生进行时,要时刻监视颗粒捕集器内部温度变化,当温度过高或持续高温时,需要通过减少过量空气系数抑制碳烟颗粒氧化。(2)在控制策略中使用非参数模型如MAP图,可以较为容易得到无法用公式表达,或表达公式十分复杂的参数,也可以应用于多个输入条件时的判断。在保证精度的同时,极大提高了控制策略的响应速度。(3)在对象模型中使用零维数值模型,将排气视为理想气体,并假设三元催化转化器中的排气温度、浓度均匀分布,颗粒捕集器中的排气均匀分布、碳烟颗粒均匀沉降,不仅可以作出快速预测,而且用相应数据标定模型后可以满足控制策略的需求。(4)试验验证结果表明,所有对象模型精度均在98%以上,控制策略预测的碳烟载荷偏差均小于10%。说明本文搭建的控制策略和对象模型的精度较高,可以应用于实际的控制策略开发。