插電式混合動力車型GPF布置及控制策略研究

1 引言

隨著氣候變暖加劇，全世界碳排放的控制也日趨嚴格，排放法規不斷升級，對于汽車的尾氣排放控制帶來了很大的挑戰。同時，在“雙碳”目標的推動下，各種型式的新能源汽車逐步擴大市場，其中插電式混動汽車因其續航里程的優勢已被一部分消費者接受。日趨嚴格的排放法規也對該類車型做了明確的測試要求，且其復雜程度及測試要求明顯高于傳統燃油汽車。并且由于插電式混動汽車的電池容量較大，發動機的使用范圍更加靈活，為了達到省油的目的，起停工況較多，未充分熱機情況下，過多的起停給顆粒物排放帶來了不小的壓力，在此背景下汽油機顆粒物捕集器(Gasoline Particulate Filter, GPF)的應用就將變得十分廣泛。

近年來，83.0%的畸形的胎兒可在宮內可通過B超檢查來確診[1]。有文獻報道，腹裂畸形在產前通過B超確診率高達41.5%，其發病率為5/萬，其中27.4%為多發畸形[2]。發病原因未明，有人認為[3]腹裂是由于胚胎發育中臍靜脈循環障礙引起，在胚胎發育的早期，腹部側發育不全，腹中線旁出現缺損，裂口縱向約2-3cm長，而臍孔及臍帶正常，包括胃，小腸，結腸在內的原腸由裂口處脫出體外，無羊膜囊及腹膜包被，暴露在腹腔外的羊水中，腸管常較肥大而短縮，可伴有中腸旋轉不良，小腸結腸共同系膜等畸形，除胃腸外無其他臟器脫出，很少伴有其他系統畸形，也有人認為腹裂或與葉酸缺乏，藥物損害，胚胎期缺氧等因素有關。

顆粒物捕集器對于柴油車來說并不陌生，但對于汽油機來說其應用時間并不長，其廣泛應用也是在國六法規正式實施之后才開始的(表1)。在此之前GPF對于插電式混合動力汽車而言，更是新鮮事物，因此其應用和控制就有了一定的研究價值。

GPF的特性將直接影響到車輛的發動機性能(圖1)，因此如何選擇一款合適的GPF，背壓、捕集效率、成本、再生性能均控制在最優狀態，并不是一件非常容易的工作。本文根據插電混動車的特點，對PHEV的GPF的選型布置和再生策略進行了一些研究。

2 GPF布置方式研究

GPF的布置方式主要有緊耦合式、后置式和四元催化器三種(圖2)，緊耦合式具有布置上的優勢，再生溫度也較高，但對顆粒物的捕集效率比后置式低。后置式由于GPF與三元催化間隔一段距離，其布置難度高于緊耦合式，且再生溫度也低于緊耦合式，但對顆粒物的捕集效率較高。四元催化器的排氣背壓和溫度負載都比較高，且氣態排放物轉化效率也不及另兩種布置方式。

針對該缺陷提出邊界修正方法和滑動網格方法，通過對劃分后的網格單元進行分析處理，尋回丟失的稠密網格，從而提升算法的聚類效果。

該系統采用SQL Server 2012數據庫作為后臺數據庫。根據前期做的數據調查，設計相應的字段，數據庫包括以下主要表：Student、Dormitory、Worker、HeadMaster和其他附表，部分表結構設計如表1、2。

2.1 四元催化器排放

如表5所示，為環境溫度-20℃下，各工況GPF溫度測試。GPF入口平均溫度較低，較少有被動再生機會。插電式混動車輛的排氣溫度又與電池電量有著很大的關系，高電量以及電池充電功率受限時，由于發動機負荷較小，其再生難度會更大。GPF每前移100mm，入口溫度可以增加10℃，因此在布置允許的情況下，GPF離三元催化器的距離應盡量縮短。

粘度是流體的一種屬性，同種流體的粘度與溫度顯著相關，與壓強幾乎無關。氣體粘度修正系數：

2.2 后置式GPF排放及溫度測試

表4為試驗所用后置式GPF主要參數信息，該方案距三元催化器出口距離為1177mm。GPF距離發動機排氣出口越遠，其滿足再生條件的情況越少。

如圖4所示，后置式GPF的氣態和顆粒物排放均可滿足要求，但考慮到前艙布置問題，GPF可能會距發動機排氣出口較遠，低溫下GPF入口溫度過低，有無法再生的風險。

陀思妥耶夫斯基的“先知的”性格，正是源于他最深刻地忠誠于 “事業”、俄羅斯生活的本質、從永恒直觀[內省]的角度看歷史的命運。 他從不為暫時和黨派服務，從不關心某一期《日記》的印象，而是關心在“最近一期”中說出他靈魂深處痛苦地攜帶了多年的永恒的話語。[2]199-200

如表3所示，試驗用四元催化器需兼具催化器和GPF的作用，因此試驗選取的樣件孔徑較小、目數較多，貴金屬含量比國五批產件貴出一倍有余。試驗樣件已考慮16萬公里熱老化，同時也考慮了灰分的影響，摻燒灰分后，碳載量相當于30g。

如表6匯總，從GPF的布局、捕集效率、氣態污染物轉化能力、背壓、再生難易度、排放耐久、涂覆角度比較了各布置形式的優缺點，可以看緊耦合式及后置式各有優劣，四元催化器除了再生能力以外，其他技術指標并沒有太大優勢，因此并不推薦應用。

緊耦合方案可兼顧再生、氣態、顆粒物排放，但其捕集效率比后置式低一些，背壓也比后置式略高，對發動機動力性能會有一些影響，但混動的雙動力源特點，又恰巧可彌補該缺點。因此對于混動車型而言，更加推薦使用緊耦合式布置方式。可保證氣態、顆粒排放的控制，也更容易實現再生。

研究樁周土體變形發展對探究樁周地層破壞機理具有重要意義,但目前相關研究未涉及樁-土界面處的薄層土.薄層土作為與樁接觸的土體,其力學行為對應力、變形在土體中的傳遞具有重要的影響.但是薄層土層厚一般為幾個砂土顆粒的級別,常規的DIC技術無法對其位移進行測量;而透明土技術對試驗模型尺寸有所要求,無法滿足大尺度模型試驗要求,同時透明土并非真實土體,無法準確表現土體特性.因此,本工作針對靜壓樁在砂土中樁-土界面薄層土特性改進了DIC技術,達到對樁-土界面土體位移進行測量的目的.

3 GPF控制策略

圖5為GPF控制邏輯框圖，主要由碳載量(Soot)/灰分值(Ash)估算和再生協調控制組成。碳載量的計算有兩種方式，一種是通過模型計算，另一種是基于GPF壓差計算。再生控制主要包括再生需求計算、再生協調和再生實現。

3.1 基于模型的碳載量計算

基于模型的碳載量計算，需標定出發動機各個工況下的碳煙原排，以及各種條件下的碳煙燃燒速率，實際碳載量就是對碳煙原排進行積分再減去實際運行過程中碳煙的燃燒量得到的。基于壓差的碳載量計算，是根據空載GPF與有累碳情況下的GPF的壓差對比間接判斷累碳和灰分量。但Soot模型因測量設備、捕集效率、模型驗證難度高等原因，偏差較大。Ash模型也因機油耗無法精確測得，有一定的偏差。

1.生源綜合素質不高，英語基礎薄弱。空乘專業旨在培養心理和職業等綜合素質較強、外語水平較高的學生，以滿足民航服務業對于人才的需求。但是從現有本專業學生的現狀看，普遍注重身高、體重、相貌、氣質等外在因素，雖然在招生環節有英語口試內容，但是英語口試的成績在面試分數中占的比重很小，對面試結果的影響微乎其微。而各省本科空乘專業錄取分數線比普通二本線低將近200分，學生英語成績普遍較低。所以，空乘專業學生多數對于英語存在沒信心、沒興趣、學不懂、學不會、不愛學、學風差的情況。

3.2 基于壓差估算的碳載量計算

基于壓差估算碳載量的原理：空載GPF在各種流速下，可以測量得到一個入口和出口壓差信息。由于累碳和Ash后排氣流經GPF的阻力變大，在相同的排氣流速下，有累碳和Ash的GPF前后壓差相對于空載GPF會更大，兩者之間的差異是和累碳或Ash的量有關的，因此可以用此壓差間接判斷累碳或Ash的量。壓差來源可分為三個方面：1)氣體在入口溫度和出口的壓縮和膨脹損失；2)氣體在入口通道和出口通道流動的摩擦損失；3)氣體穿過壁面和碳層的摩擦損失。

第二，今天我們強調現實題材創作，在習總書記的批示下做這部戲，是特別應該，特別及時。今年是改革開放40周年，改革開放40周年對中國的改變我不用重復了，而且剛才提到安徽小崗村，一個是農業改革，一個是工業改革，我覺得這兩個是同一個級別的題材。

2、孔道里的流動損失計算

3、穿壁壓力損失(載體壁和Ash層)計算；

公式可簡寫為

總的壓差

1、入口的壓縮損失和出口的膨脹損失計算

Δ

=

+

=

·

+

·

其中

為壓力，

為排氣體積流速，

為氣體粘度，

為壁厚，

為通道長度，

為載體體積，

為

=14

227,

為

載體孔內徑，

為滲流系數；

從圖3試驗結果看，盡管貴金屬含量提高了很多，但CO和NOx排放依舊遠超法規限值。因此四元催化方案的顆粒物捕集效率可滿足要求，但其氣態排放處理能力并不理想。

其中，指數

隨氣體種類和溫度而改變；

以上公式表明，可以通過標定

和

以及粘度修正系數，得到一個壓差模型。此壓差模型的優點是，需要標定的量較少，只需有流速和溫度信息的輸入，便可計算出模型壓差。基于壓差的計算邏輯為，取實測壓差梯度與模型壓差梯度的互相關因子，再對其中一段時間內的平均值，以此作為碳

灰量的依據。但是基于壓差的碳載量計算，也存在低流量下精度偏低的缺點。

3.3 模型驗證

為驗證GPF累碳模型的準確性，本文進行了整車長距離累碳試驗。如表7所示，本文進行了不同工況的累碳驗證，市區工況模型偏差-1.7%，基本能滿足要求。郊區工況偏差較大，原因是混動存在發動機停機的工況，但GPF實際溫度較高，模型碳載量無法識別，但此時基于壓差計算的累碳量比較接近。高速工況，GPF溫度較高，模型碳載量與實際碳載量偏差在合理范圍內。從該實驗結果也可以看出緊耦合GPF的再生效果十分明顯，中高速工況幾乎無累碳產生，更加容易實現被動再生。

3.4 再生控制

當GPF累碳量較多時，系統背壓較大，會影響發動機性能，因此當碳載量超過一定值時，需進行再生控制。再生又分為主動再生和被動再生。被動再生是指EMS不作特殊控制，通過客戶日常行駛的斷油窗口再生soot。主動再生是指EMS判斷滿足主動再生條件時，通過主動控制減稀空燃比及提高排氣溫度(類似催化器加熱推遲點火角)再生soot。

雖然緊耦合GPF可以較為容易的實現被動再生，但在低溫、低速行駛等極端使用條件下，也會需要主動再生介入。對于插電式混合動力汽車而言，可借助電機、電池來實現更為靈活多變的再生方式。比如在再生時加入充電負載，利用HCU調整不同的扭矩需求，達到更高的發動機負荷，有利于提升GPF入口溫度。表8就利用了混動車輛的怠速充電工況，有效提高了GPF的入口溫度。

但是電池充放電能力有限，無法長時間保持大的充電負載，尤其在低溫環境下，電池功率還會受到限值，此時就和傳統車一樣，主要靠驅動需求實現再生。當電池溫度上升后，又可通過增加充電負載的方式，提高發動機負荷，提升再生速率。

1.以動寫靜。也就是事物原本是個靜物，但在作者的筆下，它變成了一個動的、活的事物；或者直接把靜止的事物當作運動的事物來寫，想象并描寫出靜態事物在運動時的形態和神態。如：

4 結論

對于混動車型，尤其是電池容量較大插電式混合動力汽車，由于經常出現起停和純電行駛，其顆粒物排放會高于普通燃油車，通過本文的研究，推薦使用緊耦合GPF。插電式混合動力汽車可以彌補其背壓帶來的性能損失，利用其優點，更好的提高再生頻率，避免出現再生困難的問題。

本文中市區、市郊、高速三個車速段的整車累碳量試驗結果表明，GPF模型碳量和實際剩余碳量偏差均在合理范圍內，基于碳載量和基于壓差的累碳模型能滿足控制精度要求。插電式混合動力汽車可以利用三電系統額外的充電功率，輔助再生的進行。

[1]范明哲,張賓.汽油機GPF碳載量模型和再生策略的試驗研究[J].內燃機與動力裝置, 2018,35.

[2]溫吉輝,滕勤.缸內直噴汽油機顆粒捕集器(GPF)技術研究進展[J].小型內燃機與車輛技術,2016,45.

[3]Christine K.Lambert,Mira Bumbaroska,Douglas Dobson,Jon Hangas,James Pakko,and paul Tennis.Analysis of High Mileage Gasoline Exhaust Particle Filters.SAE[J].2016-01-0914.