缸內直噴增壓汽油機GPF再生速率研究

楊永真

摘要：本文基于一款2.0L缸內直噴增壓汽動機，研究了GPF的再生速率與碳載量、GPF中心溫度、氧流量（廢氣中殘余的O2的質量流量）之間的關系。結果表明：GPF再生速率與碳載量、GPF中心溫度、氧流量呈非線性的正相關趨勢。這同時表明，碳載量的增多、GPF中心溫度的升高及氧流量的升高，均促進了GPF再生效率的提升。

Abstract： Based on a 2.0L direct injection turbocharged turbine， the relationship between regeneration rate of GPF and carbon load， center temperature of GPF and oxygen flow（mass flow of residual O2 in exhaust gas） rate is studied. The results show that the regeneration rate of GPF has a non-linear positive correlation with carbon load， GPF center temperature and oxygen flow rate. At the same time， it shows that the increase of carbon load， temperature of GPF center and oxygen flow rate all promote the regeneration efficiency of GPF.

關鍵詞：缸內直噴增壓汽油機;GPF;再生速率

0 ?引言

隨著社會的發展，人民群眾對高質量環境的需求越來越高，國VI排放法規GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法（國六階段）應運而生，明確規定了相應車輛的顆粒物排放限值，且對PM和PN分別作出明確要求。與此同時，大量試驗研究表明，GDI汽油機顆粒物的質量和數量明顯高于傳統的氣道噴射汽油機。目前業內針對此問題已采取的普遍的做法為燃燒系統、供油系統及燃燒參數，對降低顆粒物的排放有了一定的效果。由于目前法規更為嚴苛，GPF亦已成為各大主機廠重點關注的技術之一，開展GDI汽油機的GPF研究也是相當重要的。

本文基于一臺常見2.0L GDIT發動機，對其配置的GPF再生特性進行了一定的研究。

1 ?試驗方案

1.1 試驗基礎

以某2.0L GDIT汽油機為基礎搭建臺架，臺架設備及發動機主要參數如表1，臺架布置如圖1所示。

1.2 GPF的再生

GPF使用一段時間之后，碳煙顆粒物會GPF內部微孔表面形成PM層，此時GPF捕集效率會得到一定的提升，但是排氣阻力會升高，導致發動機功率下降，熱效率下降，油耗升高，此時為了節約成本，避免更換GPF，使其進行再生處理。

GPF再生受以下幾點因素影響：GPF內部已捕集的碳煙顆粒物的總量、排氣通過GPF時的溫度及氧流量。

1.3 試驗方法

1.3.1 研究再生速率與GPF中心溫度及氧流量的關系的試驗方法

①激活全新的空載GPF，確認GPF基準質量;

②將激活成功后的空載GPF進行累碳。累碳質量為5g，偏差不超過±0.5g;

③將含有碳載量的GPF安裝完成后，發動機在低速小負荷進行暖機，使水溫達到80℃以上，暖機過程需調整空燃比稍濃至0.97;

④調整發動機工況，使GPF中心溫度達到目標溫度;

⑤調整空燃比，使氧流量達到目標氧流量;

⑥再生完成后，拆卸稱重;

⑦通過精度較高的天平稱重GPF再生一定時間（GPF再生完成后剩余碳載量為1-2g）前后的質量，確定燃燒速率。

1.3.2 研究極限再生燃燒速率與碳載量的關系的試驗方法

①激活全新的空載GPF，確認GPF基準質量;

②將激活成功后的空載GPF進行累碳至最大碳載量8g，偏差不超過±0.5g;

③將含有碳載量的GPF安裝完成后，發動機在低速小負荷進行暖機，使水溫達到80℃以上，暖機過程需調整空燃比稍濃至0.97;

④調整發動機工況，使GPF中心溫度達到800℃;

⑤調整空燃比，使lambda=1.1，再生5s;

⑥拆卸稱重，計算再生速率;

⑦重復⑤和⑥直至GPF碳載量小于1g。

2 ?試驗結果及分析

2.1 再生速率與GPF中心溫度及氧流量的關系的試驗結果及分析

2.1.1 試驗結果

基于1.3.1試驗方法開展試驗，結果如表2所示。

2.1.2 結果分析

由圖2可看出，在氧流量為0mg時，由于沒有氧含量，GPF所載碳量不能發生燃燒，GPF不能再生;隨著GPF中心溫度的升高，GPF再生時的燃燒速率隨之加快，再生速率與GPF中心溫度呈正相關趨勢;隨著氧流量的增加，GPF再生時的燃燒速率隨之加快，與GPF中心溫度亦呈正相關趨勢。

2.2 極限再生燃燒速率與GPF碳載量的關系

2.2.1 試驗結果

基于1.3.2試驗方法開展試驗，計算得到再生速率如表3所示。

2.2.2 結果分析

由圖3可看出，在保證GPF不損壞的極限邊界條件下，GPF再生燃燒速率與碳載量呈正相關趨勢;且當GPF碳載量大于4g時，燃燒速率與碳載量幾乎呈線性關系。

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