随着国内机动车排放法规的日益严格,铈基催化型微粒捕集器作为一种可以有效降低柴油发动机排气中颗粒物排放的装置,得到了广泛的关注。在车辆行驶的过程中,铈基催化型微粒捕集器中碳烟颗粒在过滤体中不断沉积,导致发动机排气背压增大,引发发动机进气不畅及排气不完全等问题,使得发动机缸内燃烧恶化,污染物排放急剧上升。因此铈基催化型微粒捕集器中碳烟颗粒再生成为必须解决的关键问题。由于发动机排气温度以及排气中NO2含量较少的问题,仅靠尾气中NO2进行被动再生的方式,难以确保碳烟颗粒完全再生,因此复合再生成为目前最新的再生方式。为保证复合再生过程的安全性及经济性,铈基催化型微粒捕集器中碳烟再生过程的温度及NOx浓度对再生性能的影响成为了铈基催化型微粒捕集器的研究难点。论文以国家自科基金项目(51976016)为依托,对铈基催化型微粒捕集器的复合再生过程影响因素进行了研究,得到了铈基催化型微粒捕集器复合再生的最优控制点,提出了铈基催化微粒捕集器的复合再生效果进行优化控制策略。论文主要研究工作如下:(1)针对催化型微粒捕集器的结构和特点,建立了该催化微粒捕集器的平推流单通道反应动力学模型,并利用该模型对催化再生过程进行数值模拟,之后通过热重分析实验验证了模型的准确性。仿真和实验数据之间的最大误差不超过17%,平均偏差为12%。(2)分析了再生控制温度、NOx输入浓度及催化剂涂覆量影响下铈基催化型微粒捕集器的再生性能。研究发现,铈基催化剂可以有效降低碳烟氧化反应的初始温度,随着再生控制温度的升高,碳烟再生速率和NOx还原速率先增大后减小。NOx中NO2的比例α和NOx物质量与碳烟颗粒物质量比β的上升会使NOx还原率降低,碳烟再生率上升。提高α可以提高催化剂失效的临界温度,而提高β会导致催化剂失效的临界温度降低。催化剂涂覆量与碳载量比γ小于1.5时,碳烟再生率迅速上升,当γ大于1.5时,碳烟再生率会缓慢增长并最终达到94%,γ的最优控制区间应当在1.3和1.6之间。N2O排放浓度与催化剂失效温度之间存在一种平衡关系,较高的再生温度抑制了 N2O的生成,但增加了催化剂失效的可能性。(3)分析了再生温度、NOx输入浓度及催化剂涂覆量三个催化性能控制变量对催化型微粒捕集器再生过程中的NOx还原率,碳烟再生率、过滤体压降、催化剂涂覆层温度及N2O排放浓度五个优化目标的影响。求出了铈基催化型微粒捕集器复合再生的最优控制点:NOx输入浓度为0.106 mol/m3,再生控制温度为761.798K、催化剂涂覆量为0.428mm,此时N2O排放浓度为3.78×10-7 mol/m3,碳烟再生率为99.32%,压降为446.62Pa,NOx还原率为39.91%,催化剂涂覆层峰值温度为747.75K。本文所分析的四个目标函数之间构成了明确的Trade-off权衡关系。分析设计变量的全局灵敏度可知,CDPF再生性能高度依赖于再生温度和催化剂涂覆量,但对NOx输入浓度则并不敏感。论文研究工作不仅能够为铈基催化型微粒捕集器微粒捕集器催化再生过程中的氧化还原反应过程、温度变化预测、组分浓度变化预测提供理论依据,并且能够为催化再生性能的优化控制研究提供参考。论文的研究成果也为采用其他再生方式的微粒捕集器再生过程优化提供了新的研究思路。