基于發(fā)動(dòng)機(jī)的DPF再生控制技術(shù)研究

張震亞

摘 要：本文根據(jù)目前DPF的再生技術(shù)問(wèn)題，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的DPF再生控制技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)再生控制策略中的安全性、再生條件進(jìn)行了闡述，可供有關(guān)單位進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；DPF；再生控制

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在排放上的難點(diǎn)，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的為其排放中通過(guò)排氣裝置排除的顆粒物、氫氧化物等對(duì)周圍環(huán)境具有較嚴(yán)重的污染，只依靠發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部?jī)艋胧┎荒苓_(dá)到較高排放標(biāo)準(zhǔn)的需求，因此采用排放后處理裝置也就成為了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的必然選擇。

因?yàn)椴裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)的空燃很高，不能采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的三效催化裝置對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物質(zhì)開(kāi)展高效凈化，而微粒過(guò)濾措施則是對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒排放進(jìn)行有效處理的最佳技術(shù)之一。對(duì)于轎車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，優(yōu)良的再生控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)使得投入的費(fèi)用盡量減少，同時(shí)避免受到日常駕駛條件的局限，必須可以確保在正常的駕駛條件下進(jìn)行再生，而且進(jìn)行再生時(shí)還必須避免對(duì)整車的駕駛情況產(chǎn)生較大的干擾。

1.DPF氧化催化及微粒捕捉技術(shù)

和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物進(jìn)行對(duì)比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的污染排放物質(zhì)中主要的成分包含微粒物質(zhì)，而微粒捕捉裝置的基本作用就是進(jìn)行微粒的捕捉工作，而過(guò)濾物質(zhì)和過(guò)濾物質(zhì)的重生則是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)處理裝置運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)濾物質(zhì)能夠吸收大部分污染物微粒，當(dāng)污染物顆粒開(kāi)始進(jìn)行累計(jì)之后，過(guò)濾物質(zhì)前后會(huì)出較大的壓力差，而壓力差會(huì)隨著時(shí)間更加明顯，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排除氣體的阻礙壓力也會(huì)逐步增加，在這種情況下就必須通過(guò)有效方式對(duì)污染物微粒進(jìn)行燃燒處理。

氧化催化和微粒捕捉存在的技術(shù)問(wèn)題為過(guò)濾物質(zhì)的重生，在許多柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒捕捉裝置重生技術(shù)中，不考慮過(guò)濾物質(zhì)連續(xù)重生的情況，其他情況都必須分析判斷重生的實(shí)際，而且還必須對(duì)重生的整個(gè)階段開(kāi)展監(jiān)測(cè)和控制。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度、排除氣體的氧氣含量、排氣流速以及顆粒加載的濃度等參數(shù)都會(huì)對(duì)過(guò)濾物質(zhì)的重生產(chǎn)生作用，因此按照柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)律以及運(yùn)行狀況科學(xué)確定重生措施對(duì)微粒捕捉裝置的可靠重生有著十分關(guān)鍵的意義。

2.DPF再生保護(hù)分析

2.1DPF再生過(guò)程具有的風(fēng)險(xiǎn)

DPF再生控制系統(tǒng)具有的基本風(fēng)險(xiǎn)在于控制系統(tǒng)以及DOC+DPF自身。如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)難題將會(huì)迅速對(duì)后處理系統(tǒng)執(zhí)行設(shè)備的反應(yīng)產(chǎn)生不利干擾，HC噴射準(zhǔn)確性降低，噴射量如果過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)排氣過(guò)程的溫度過(guò)高，從而使的DPF燒毀的風(fēng)險(xiǎn)大幅度升高，同時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的接收如果出現(xiàn)故障也有可能使得后處理系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行；DOC+DPF自身具備的風(fēng)險(xiǎn)主要為不可控的再生發(fā)生，如果DPF系統(tǒng)的內(nèi)部積碳數(shù)量過(guò)大時(shí)溫度不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有效管理，也有很大可能會(huì)讓積碳反應(yīng)速度加快，從而讓DPF內(nèi)部溫度梯度過(guò)大出現(xiàn)燒毀的情況。因此綜上所述，DPF再生過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)主要以控制系統(tǒng)和DOC+DPF溫度控制的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

2.2DPF再生保護(hù)情況

DPF的再生保護(hù)的含義是說(shuō)在DPF的再生階段危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)或者當(dāng)預(yù)測(cè)到危險(xiǎn)馬上會(huì)出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)迅速中斷再生，防止整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)損壞。而整個(gè)再生保護(hù)策略的核心是對(duì)有可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)有效的預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)部件的耐久性試驗(yàn)，根據(jù)取得的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷關(guān)鍵部位的參數(shù)可以順利運(yùn)轉(zhuǎn)的允許界限，并且根據(jù)分析結(jié)果作為執(zhí)行保護(hù)控制的觸發(fā)因素。需要執(zhí)行再生保護(hù)的情況主要包括以下幾個(gè)方面：

2.2.1燃油量不高

主動(dòng)再生過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)燃油消耗數(shù)量的大幅度升高，因此會(huì)導(dǎo)致車輛的正常行駛里程縮短。如果整車、發(fā)動(dòng)機(jī)或后處理系統(tǒng)控制單元監(jiān)控到目前運(yùn)行的車輛燃油量太少，燃油液位過(guò)低的情況下，必須及時(shí)中斷主動(dòng)再生的進(jìn)行，從而防止車輛因?yàn)槿鄙偃加蛯?dǎo)致無(wú)法正常行駛。

2.2.2燃油溫度較高

燃油溫度較高會(huì)產(chǎn)生主動(dòng)再生關(guān)鍵構(gòu)件HC噴射系統(tǒng)的破壞，判斷最高的燃油溫度必須對(duì)HC噴射泵、噴嘴相關(guān)傳感部件的最高工作溫度進(jìn)行有效檢測(cè)，從而確保主動(dòng)再生的順利開(kāi)展。同時(shí)也可以在部件供應(yīng)單位處得到相關(guān)數(shù)據(jù)，再生過(guò)程中如果出現(xiàn)燃油溫度過(guò)高的情況，必須及時(shí)中斷再生，防止意外情況的發(fā)生。

2.2.3系統(tǒng)部件問(wèn)題

如果后處理系統(tǒng)控制器監(jiān)測(cè)到主動(dòng)再生系統(tǒng)部件或傳感部件發(fā)生故障時(shí)，必須中斷再生。如果系統(tǒng)構(gòu)件比如HC噴射系統(tǒng)或傳感部件發(fā)生故障時(shí)，假如繼續(xù)進(jìn)行再生會(huì)導(dǎo)致再生無(wú)法順利進(jìn)行或再生過(guò)程無(wú)法得到有效控制，溫度傳感器失去作用則會(huì)導(dǎo)致控制單元內(nèi)部接收到錯(cuò)誤的溫度信息，從而導(dǎo)致HC噴射控制不夠精確，過(guò)多噴油會(huì)使DPF溫度過(guò)高，因此也會(huì)導(dǎo)致DPF出現(xiàn)燒毀的情況。

3.PF再生條件分析

3.1主動(dòng)再生條件

3.1.1合適的碳載量

碳載量是導(dǎo)致DPF主動(dòng)再生的因素之一，如果碳載量過(guò)大時(shí)進(jìn)行再生就會(huì)導(dǎo)致DPF燒毀，后期碳反應(yīng)無(wú)法得到控制；反之如果碳載量過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致再生頻繁，從而油耗提升，而且積碳燃燒過(guò)程不完全，如果這樣的情況持續(xù)下去就會(huì)導(dǎo)致DPF過(guò)濾孔堵塞，排氣背壓升高同樣會(huì)使油耗水平上升。所以主動(dòng)再生進(jìn)行的前提情況是合適的碳載量，可以根據(jù)DTI試驗(yàn)的結(jié)果或者聯(lián)系相關(guān)廠家得到合適的積碳水平數(shù)據(jù)。

3.1.2適合的DPF進(jìn)口溫度

主動(dòng)再生控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是DPF的進(jìn)口溫度控制，主動(dòng)再生過(guò)程中DPF的進(jìn)口溫度控制在何種范圍將會(huì)第一時(shí)間干擾到到再生的持續(xù)階段以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性能。所以DPF主動(dòng)再生的第二個(gè)條件是可以確保合理的DPF進(jìn)口溫度。

3.1.3適合的HC噴射條件

HC噴射是確保主動(dòng)再生階段中達(dá)到合理的DPF入口溫度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，HC噴射應(yīng)當(dāng)研究系統(tǒng)工作安全性和有效性的問(wèn)題。

3.2被動(dòng)再生條件

一般來(lái)說(shuō)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排除的污染氣體中，NOx的基本成分是NO。而在DOC中NO在催化劑影響下被氧化成NO2，生成的NO2相應(yīng)的進(jìn)入DPF中氧化過(guò)濾沉積下的炭煙，排氣中的微粒物在捕集器內(nèi)一邊得到過(guò)濾沉積，一邊進(jìn)行氧化去除，在一定程度上保持動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)DPF的連續(xù)再生。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不斷產(chǎn)生NOx，不過(guò)必須控制科學(xué)有效的排氣溫度才能使反應(yīng)繼續(xù)開(kāi)展。被動(dòng)再生進(jìn)行的條件主要有以下幾方面：

3.2.1科學(xué)的排氣溫度

排氣溫度會(huì)直接影響載體內(nèi)反應(yīng)物活化性，對(duì)再生來(lái)說(shuō)，NO2氧化Soot受溫度影響較小，而O2氧化Soot受溫度影響較大，O2氧化Soot依靠較高的反應(yīng)溫度，該反應(yīng)在400℃左右開(kāi)始發(fā)生，在500℃以上明顯發(fā)生。根據(jù)研究可知在（300～400）℃范圍內(nèi)，微粒濃度隨溫度升高具有輕微降低趨勢(shì)，主要以NO2反應(yīng)為主，高于400℃后O2反應(yīng)則會(huì)起到關(guān)鍵作用，

3.2.2科學(xué)的排氣氧濃度

被動(dòng)再生過(guò)程包含有基于O2的再生，若排氣溫度較高條件下O2所占比例更大，即發(fā)動(dòng)機(jī)工作在較大負(fù)荷工況下O2的再生起主要作用。

4.結(jié)論

對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放顆粒物質(zhì)處理而言，可以采用DPF再生控制技術(shù)對(duì)顆粒物質(zhì)進(jìn)行有效吸收，并且其方案簡(jiǎn)便易行，控制方式多樣化，而且費(fèi)用不高，對(duì)于汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展而言是具有深遠(yuǎn)意義的。

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