賀繼齡，黃輝陽(yáng)

（湖南獵豹汽車股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

基于壓差的DPF再生載碳量模型標(biāo)定與驗(yàn)證是EMS系統(tǒng)根據(jù)壓差傳感器的值為基準(zhǔn)計(jì)算理論載碳量的一種標(biāo)定方法。當(dāng)按該方法計(jì)算出來(lái)的理論載碳量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，DPF再生開(kāi)啟；使用該方法需要測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)各工況范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)排氣溫度和排氣流量的DPF空載壓差、DPF最大載碳量范圍內(nèi)均勻分布的特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量的DPF壓差值，計(jì)算各特征點(diǎn)的流阻，標(biāo)定時(shí)用流阻配合排氣流量來(lái)計(jì)算理論壓差所對(duì)應(yīng)的理論載碳量。

1 DPF空載壓差與排氣溫度和排氣流量的關(guān)系

DPF壓差形成原因。由于DPF是空載件，結(jié)構(gòu)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(guò)DPF就形成了壓差，壁孔的大小直接影響壓差值。本標(biāo)定和驗(yàn)證使用的DPF參數(shù)有：結(jié)構(gòu)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(guò)濾體材料：SiC；過(guò)濾體體積：2.8876 L。

DPF空載壓差的標(biāo)定就是要找出發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量范圍和排氣溫度范圍內(nèi)各特征點(diǎn)的壓差，特征點(diǎn)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(shù)值，有了特征點(diǎn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，其它各點(diǎn)的值就可以實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)。

排氣溫度與壓差關(guān)系測(cè)試。固定排氣流量在某個(gè)特征點(diǎn)，測(cè)試不同特征點(diǎn)的排氣溫度下DPF空載壓差值。排氣流量小時(shí)，DPF空載壓差值低，排氣流量大時(shí)，DPF空載壓差值高；對(duì)于同一排氣流量，排氣溫度變化時(shí)，DPF壓差值變化較小，原因是流速相同，DPF排氣孔徑和孔數(shù)相同。圖1是DPF空載時(shí)，DPF壓差值與排氣溫度關(guān)系曲線。

圖1 DPF壓差值與排氣溫度關(guān)系曲線

排氣流量與壓差關(guān)系測(cè)試。固定排氣溫度在某個(gè)特征點(diǎn)，測(cè)試不同特征點(diǎn)的排氣流量下DPF空載壓差值，排氣溫度高時(shí)，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(guān)系，只不過(guò)排氣溫度低時(shí)，在某些溫度點(diǎn)上有“抖動(dòng)”的現(xiàn)象。圖2是DPF空載時(shí)，DPF壓差值與排氣流量關(guān)系曲線。

圖2 DPF壓差值與排氣流量關(guān)系曲線

2 載碳量與DPF壓差值

載碳量是指車輛在運(yùn)行過(guò)程中排氣通過(guò)DPF積累下來(lái)的碳顆粒。不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒存在差異，產(chǎn)生的碳顆粒數(shù)量也不同。隨著碳顆粒的積累，發(fā)動(dòng)機(jī)背壓不斷升高，DPF壓差也不斷升高，標(biāo)定就是要找出不同特征點(diǎn)下的DPF壓差值，以計(jì)算各載碳量特征點(diǎn)流阻、壓差，以方便實(shí)時(shí)標(biāo)定。

DPF載碳量標(biāo)定需要使用DPF老化件，使其和實(shí)踐使用的DPF狀態(tài)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(nèi)均勻選取分布的特征點(diǎn)，然后分別進(jìn)行不同特征點(diǎn)排氣流量和不同特征點(diǎn)排氣溫度下的壓差標(biāo)定測(cè)試。

3 計(jì)算流阻

在DPF載碳量測(cè)試和空載測(cè)試完后，就可以進(jìn)行流阻計(jì)算，分別計(jì)算出不同特征點(diǎn)載碳量下的流阻。在DPF標(biāo)定過(guò)程中，不同排氣流量和不同載碳量可能對(duì)應(yīng)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(biāo)定過(guò)程中就帶來(lái)了載碳量的麻煩。為了解決此問(wèn)題，引入流阻這個(gè)概念，流阻是針對(duì)某一載碳量在不同排氣流量下的一個(gè)系數(shù)。流阻可以使用載碳量測(cè)試條件下的壓差減去相應(yīng)空載條件下測(cè)試的壓差除載碳量測(cè)試條件下的流量得到，有了流阻就可以計(jì)算不同壓差值下的載碳量。

EMS系統(tǒng)有了DPF空載特征點(diǎn)壓差值的MAP和DPF載碳量特征點(diǎn)的MAP后，再加上各特征點(diǎn)高海拔補(bǔ)償和高溫、高寒溫度差補(bǔ)償MAP，就建立起了載碳量模型，就可以開(kāi)始標(biāo)定來(lái)驗(yàn)證載碳量模型是否合適和修改不合適的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

安裝了DPF老化件的整車，分平原、高原、冬季、夏季區(qū)域，分別進(jìn)行市區(qū)工況、郊區(qū)工況和高速工況標(biāo)定驗(yàn)證，3種工況以車速來(lái)區(qū)分。市區(qū)工況為車速不大于50 km/h；郊區(qū)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(lái)區(qū)分。

載碳量模型驗(yàn)證就是EMS系統(tǒng)根據(jù)上述方法建立起來(lái)的模型實(shí)時(shí)計(jì)算理論載碳量。當(dāng)理論載碳量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，看系統(tǒng)是否能進(jìn)入再生、是否能正常再生，再生時(shí)間、再生效率、再生里程是否符合要求。

評(píng)價(jià)載碳量模型的主要參數(shù)如下。

1）能否進(jìn)入再生。當(dāng)理論載碳量達(dá)到設(shè)定值后，系統(tǒng)能否進(jìn)入再生是決定載碳量模型的關(guān)鍵，如果由于各種原因沒(méi)能進(jìn)入再生，一來(lái)意味著積碳量會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)引起背壓增高，背壓達(dá)到一定程度發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)熄火；二來(lái)當(dāng)積碳量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)再生，再生時(shí)由于積碳過(guò)多，燃燒溫度過(guò)高，就有燒毀DPF的可能。

2）再生效率、再生時(shí)間是否合適。再生速度太快，再生時(shí)間就會(huì)縮短，DPF內(nèi)部溫度就會(huì)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(shí)際剩余載碳量，計(jì)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(wèn)題。如果再生效率太低，表明再生過(guò)程中燒掉的碳顆粒太少，一來(lái)增加再生頻度，增加油耗，二來(lái)對(duì)后續(xù)再生循環(huán)產(chǎn)生影響。圖3、圖4分別表示平原夏季地區(qū)和高原夏季地區(qū)的再生效率，從圖中可以看出，無(wú)論平原和高原每次都能進(jìn)入再生，且再生效率大于70%，說(shuō)明標(biāo)定的載碳量模型是合適的。

圖3 平原夏季地區(qū)的再生效率

圖4 高原夏季地區(qū)的再生效率

3）再生里程。再生里程是指上次再生結(jié)束到下次再生結(jié)束的一個(gè)周期里，車輛運(yùn)行的總里程。再生里程是衡量車輛經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，也是反映發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)。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(wú)論平原和高原，市區(qū)工況再生里程大于550 km，郊區(qū)工況大于650 km，高速工況大于900 km，說(shuō)明標(biāo)定的載碳量模型符合經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)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

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