基于壓差的DPF再生載碳量模型標定研究與驗證

賀繼齡，黃輝陽

（湖南獵豹汽車股份有限公司，湖南 長沙 410100）

基于壓差的DPF再生載碳量模型標定與驗證是EMS系統根據壓差傳感器的值為基準計算理論載碳量的一種標定方法。當按該方法計算出來的理論載碳量達到設定值時，DPF再生開啟；使用該方法需要測出發動機各工況范圍內對應的特征點排氣溫度和排氣流量的DPF空載壓差、DPF最大載碳量范圍內均勻分布的特征點所對應的發動機排氣流量的DPF壓差值，計算各特征點的流阻，標定時用流阻配合排氣流量來計算理論壓差所對應的理論載碳量。

1 DPF空載壓差與排氣溫度和排氣流量的關系

DPF壓差形成原因。由于DPF是空載件，結構形式為壁流式，不是直通式，排氣只能從壁孔流出，因此排氣通過DPF就形成了壓差，壁孔的大小直接影響壓差值。本標定和驗證使用的DPF參數有：結構形式：壁流式；形狀：圓柱體；尺寸：Φ143.8 mm×177.8 mm；最大荷載能力：8 g/L；涂層材料：氧化鋁；孔密度：300目；貴金屬含量：Pt為0.6799 g，Pd為0.3400 g；過濾體材料：SiC；過濾體體積：2.8876 L。

DPF空載壓差的標定就是要找出發動機排氣流量范圍和排氣溫度范圍內各特征點的壓差，特征點是指包括排氣流量、排氣溫度和載碳量等物理量中有代表性的數值，有了特征點的標定數據，其它各點的值就可以實時計算出來。

排氣溫度與壓差關系測試。固定排氣流量在某個特征點，測試不同特征點的排氣溫度下DPF空載壓差值。排氣流量小時，DPF空載壓差值低，排氣流量大時，DPF空載壓差值高；對于同一排氣流量，排氣溫度變化時，DPF壓差值變化較小，原因是流速相同，DPF排氣孔徑和孔數相同。圖1是DPF空載時，DPF壓差值與排氣溫度關系曲線。

圖1 DPF壓差值與排氣溫度關系曲線

排氣流量與壓差關系測試。固定排氣溫度在某個特征點，測試不同特征點的排氣流量下DPF空載壓差值，排氣溫度高時，排氣壓差值大，從圖2中可以明顯看出，DPF壓差值與排氣流量成近似正比例關系，只不過排氣溫度低時，在某些溫度點上有“抖動”的現象。圖2是DPF空載時，DPF壓差值與排氣流量關系曲線。

圖2 DPF壓差值與排氣流量關系曲線

2 載碳量與DPF壓差值

載碳量是指車輛在運行過程中排氣通過DPF積累下來的碳顆粒。不同工況下發動機燃燒存在差異，產生的碳顆粒數量也不同。隨著碳顆粒的積累，發動機背壓不斷升高，DPF壓差也不斷升高，標定就是要找出不同特征點下的DPF壓差值，以計算各載碳量特征點流阻、壓差，以方便實時標定。

DPF載碳量標定需要使用DPF老化件，使其和實踐使用的DPF狀態一樣，將DPF老化件安裝好，在綜合工況下使DPF積碳，在DPF最大載碳量范圍內均勻選取分布的特征點，然后分別進行不同特征點排氣流量和不同特征點排氣溫度下的壓差標定測試。

3 計算流阻

在DPF載碳量測試和空載測試完后，就可以進行流阻計算，分別計算出不同特征點載碳量下的流阻。在DPF標定過程中，不同排氣流量和不同載碳量可能對應相同壓差值，如A載碳量在B流量下的壓差值等于C載碳量在D流量下的壓差值，在標定過程中就帶來了載碳量的麻煩。為了解決此問題，引入流阻這個概念，流阻是針對某一載碳量在不同排氣流量下的一個系數。流阻可以使用載碳量測試條件下的壓差減去相應空載條件下測試的壓差除載碳量測試條件下的流量得到，有了流阻就可以計算不同壓差值下的載碳量。

EMS系統有了DPF空載特征點壓差值的MAP和DPF載碳量特征點的MAP后，再加上各特征點高海拔補償和高溫、高寒溫度差補償MAP，就建立起了載碳量模型，就可以開始標定來驗證載碳量模型是否合適和修改不合適的特征點數據。

4 試驗驗證

安裝了DPF老化件的整車，分平原、高原、冬季、夏季區域，分別進行市區工況、郊區工況和高速工況標定驗證，3種工況以車速來區分。市區工況為車速不大于50 km/h；郊區工況為車速不大于80 km/h；高速工況為車速不大于120 km/h來區分。

載碳量模型驗證就是EMS系統根據上述方法建立起來的模型實時計算理論載碳量。當理論載碳量達到設定值時，看系統是否能進入再生、是否能正常再生，再生時間、再生效率、再生里程是否符合要求。

評價載碳量模型的主要參數如下。

1）能否進入再生。當理論載碳量達到設定值后，系統能否進入再生是決定載碳量模型的關鍵，如果由于各種原因沒能進入再生，一來意味著積碳量會超過標準，會引起背壓增高，背壓達到一定程度發動機會熄火；二來當積碳量超過標準再生，再生時由于積碳過多，燃燒溫度過高，就有燒毀DPF的可能。

2）再生效率、再生時間是否合適。再生速度太快，再生時間就會縮短，DPF內部溫度就會變高，如果高于DPF的上限溫度就有可能燒毀DPF。再生速度太快的原因是DPF入口溫度太高，需要降低DPF入口溫度，就要減少再生后噴和再生次后噴。再生完成后，需要稱重實際剩余載碳量，計算再生效率，如再生效率高于70%表明再生合適，反之則再生存在一定問題。如果再生效率太低，表明再生過程中燒掉的碳顆粒太少，一來增加再生頻度，增加油耗，二來對后續再生循環產生影響。圖3、圖4分別表示平原夏季地區和高原夏季地區的再生效率，從圖中可以看出，無論平原和高原每次都能進入再生，且再生效率大于70%，說明標定的載碳量模型是合適的。

圖3 平原夏季地區的再生效率

圖4 高原夏季地區的再生效率

3）再生里程。再生里程是指上次再生結束到下次再生結束的一個周期里，車輛運行的總里程。再生里程是衡量車輛經濟性的重要指標，也是反映發動機性能的重要指標。圖5、圖6分別為平原冬季和高原冬季的再生里程，從圖中可以看出無論平原和高原，市區工況再生里程大于550 km，郊區工況大于650 km，高速工況大于900 km，說明標定的載碳量模型符合經濟性和穩定性的要求。

圖5 平原冬季的再生里程

圖6 高原冬季的再生里程

［1］ 劉宏威.采用缸內后噴和排氣管噴油的DOC輔助DPF再生技術研究［J］.汽車工程，2015，37（4）：391-395.

［2］ 韋雄，冒曉建，祝軻卿，等.基于機內技術的DPF再生控制策略研究［J］.農業機械學報，2013，44（11）：1-5.

［3］ 班智博，石凱，劉時國，等.基于壓差的DPF碳載量模型標定［D］.APC聯合學術年會論文集，2014.