賀繼齡，藍(lán)賢清，張玉香

（湖南獵豹汽車股份有限公司，湖南 長沙 410100）

為了解決柴油發(fā)動機(jī)排放顆粒物污染環(huán)境，增加DPF（Diesel Particulate Filter柴油顆粒過濾器） 是目前采用的主要方法，DPF通常安裝在DOC （Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化器） 之后，主要作用是捕獲柴油發(fā)動機(jī)里燃燒之后的顆粒排放物，防止發(fā)動機(jī)排放物污染大氣，當(dāng)排放顆粒達(dá)到EMS （Engine Management System） 系統(tǒng)設(shè)定再生閾值后，激活主動再生模式將碳顆粒燒掉，EMS系統(tǒng)控制策略由正常模式切換到再生模式，采用缸內(nèi)二次再生后噴方法來提高DPF入口溫度，使其溫度達(dá)到再生臨界溫度，將其碳顆粒在催化劑條件下燃燒變成CO2和水隨尾氣排到大氣中，降低背壓，恢復(fù)DPF初始狀態(tài)，使EMS系統(tǒng)進(jìn)入新的循環(huán)，DPF周而復(fù)始工作，保證車輛正常行駛。

在大多數(shù)駕駛情況下，車輛再生都能正常進(jìn)行，然而當(dāng)車輛較長時間在低溫環(huán)境低速行駛，或較長時間內(nèi)多次駕駛較短距離時，盡管EMS系統(tǒng)進(jìn)入了再生模式，由于環(huán)境溫度低、散熱快，或者車速低，或者多次短距離行駛，或前面幾種情況疊加，DPF入口溫度難以達(dá)到再生臨界溫度；或在一個再生周期內(nèi)DPF入口溫度達(dá)到再生臨界溫度的平均時間比較短，在一個再生周期內(nèi)，DPF再生受阻，出現(xiàn)DPF再生中斷現(xiàn)象，碳載量逐漸增多，發(fā)動機(jī)背壓增高，輸出功率和扭矩逐漸降低，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)限速限扭等情況，甚至發(fā)生DPF堵塞，出現(xiàn)發(fā)動機(jī)無法啟動等極端情況。

為了解決車輛較長時間在低溫環(huán)境低速行駛，或較長時間內(nèi)多次駕駛較短距離，DPF入口溫度沒有達(dá)到再生臨界溫度，或者達(dá)到再生臨界溫度的平均時間較短，不能實現(xiàn)再生或再生沒有完成，出現(xiàn)DPF再生中斷，不能周期性降低背壓，不能恢復(fù)DPF初始狀態(tài)的問題，需要采取下列方法來減少DPF再生中斷，甚至消除DPF再生中斷現(xiàn)象。

1 提高DPF入口溫度

1.1 加保溫套

對于分離式DOC和DPF而言，DOC出口到DPF入口通常有幾十厘米長的過渡管道，提升DPF入口溫度所需熱量都是通過DOC和幾十厘米的過渡管道傳遞來的，幾十厘米的過渡管道會將熱量散出而減緩DPF入口溫度的提升，為了快速提升DPF入口溫度，采用加保溫套的方法，即在過渡管道外加一層保溫套，使DOC產(chǎn)生的熱量和通過DOC傳遞來的熱量盡可能高效傳遞到DPF入口。保溫套的作用有2個：第1，升溫過程，由于保溫層的作用使散熱減少和變慢，從而使得升溫時間縮短，升溫速度加快；第2，保溫過程，在再生過程中，車速有變化，再生后噴和再生次后噴噴油量也有變化，由于有保溫套的作用，能夠保持DPF入口溫度波動小，提高DPF入口平均溫度，有利于DPF再生。

圖1表示在20℃環(huán)境下，加保溫套與不加保溫套DPF再生時間與DPF入口溫度關(guān)系圖。圖2表示-20℃環(huán)境下，加保溫套與不加保溫套DPF再生時間與DPF入口溫度關(guān)系圖。

圖1 20℃環(huán)境下DPF再生時間與DPF入口溫度關(guān)系圖

圖2 -20℃環(huán)境下DPF再生時間與DPF入口溫度關(guān)系圖

驗證此實驗的車輛和相關(guān)參數(shù)如下：車輛為搭載1.9L高壓共軌帶渦輪增壓柴油皮卡車，帶有配套的DOC和DPF，其中DOC到DPF的配套過渡管道長為420mm，過渡管道內(nèi)徑54.5mm，DOC和DPF之間的過渡管道包含150mm的柔性節(jié)，保溫套為3mm厚的石棉，過渡管道全部包裹一層。

從圖1和圖2可以看出：第1，無論20℃或-20℃環(huán)境下，加保溫套升溫速度比不加保溫套升溫速度快、用時少，加保溫套再生時間比不加保溫套減小20%以上；第2，加保溫套的DPF入口最高溫度比不加保溫套的最高溫度升得高；第3，由于環(huán)境溫度的差異，零下20℃的再生最高溫度低于20℃的再生最高溫度，零下20℃的再生時間長于20℃的再生時間。圖1和圖2是在道路比較平直條件下測試的。

1.2 增加再生后噴和再生次后噴噴油量

1.2.1 缸內(nèi)二次再生后噴原理

柴油車DPF再生通常采用缸內(nèi)二次后噴主動再生原理，當(dāng)EMS系統(tǒng)通過DPF壓差傳感器檢測到碳載量達(dá)到正常再生閾值后且滿足再生條件時，EMS系統(tǒng)工作模式由正常工作模式轉(zhuǎn)到再生工作模式，EMS系統(tǒng)通過調(diào)整主噴和增加再生后噴和再生次后噴的方法分3個步驟來提升DPF入口溫度。第1，調(diào)整主噴提前角，即關(guān)閉EGR （Exhaust Gas Recirculation 廢氣再循環(huán)） 閥，減小主噴提前角，推后主噴來提高排氣溫度，也就是提高了DPF入口溫度；第2，增加再生后噴，在發(fā)動機(jī)做功沖程的后部分開啟再生后噴，再生后噴油量一部分在做功沖程后段時間內(nèi)燃燒，燃燒熱量隨排氣排出來提升DPF入口溫度，另一部分未完全燃燒的在DOC里發(fā)生氧化反應(yīng)放出熱量來提升DPF入口溫度；第3，增加再生次后噴，在發(fā)動機(jī)排氣沖程中開啟再生次后噴，此部分油量隨排氣排到DOC里，利用再生后噴在DOC里反應(yīng)產(chǎn)生的高溫和在DOC涂層上的催化劑作用下，再生次后噴油量在DOC里發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，產(chǎn)生巨大熱量隨排氣傳遞到DPF入口，提升其入口溫度，達(dá)到再生臨界溫度或超過再生臨界溫度使其再生發(fā)生和完成。缸內(nèi)二次后噴法不需要增加硬件，只需使用軟件就可以完成，是目前DPF主動再生普遍使用的方法之一。

1.2.2 車輛多次短距離行駛情況分析

EMS系統(tǒng)檢測到車輛較長時間內(nèi)多次駕駛距離較短時，當(dāng)DPF發(fā)生再生時，利用缸內(nèi)二次再生后噴原理，適當(dāng)增加再生后噴和再生次后噴油量來加速提高DPF入口溫度，提高DPF溫升時間，有利于DPF再生中斷完成或減少DPF再生中斷發(fā)生。

圖3表示車輛多次短距離行駛正常再生噴油量，DPF入口溫度與缸內(nèi)再生噴油量關(guān)系圖。圖4表示車輛多次短距離行駛增加再生噴油量，DPF入口溫度與缸內(nèi)再生噴油量關(guān)系圖。

圖3試驗的條件是20℃平原環(huán)境，EMS系統(tǒng)正常進(jìn)入再生，按照正常再生后噴來處理，但每次行駛距離為3~5km，平均車速不大于40km/h，每次停車時間為5~30min，總的行駛次數(shù)為8次，行駛距離、車速、停車時間、行駛次數(shù)都盡量隨機(jī)模擬用戶情況；圖4試驗的條件和圖3相同，每次行駛距離、車速、停車時間、總的行駛次數(shù)都盡量靠近圖3的試驗數(shù)據(jù)，但DPF采用增加再生噴油量來處理；從試驗結(jié)果可以看出，圖4相對圖3，由于增加了再生后噴和再生次后噴噴油量，DPF入口溫度達(dá)到再生閾值所需時間縮短，DPF再生時間減小，DPF入口最高再生溫度提高，增加再生噴油量有利于DPF再生，降低DPF發(fā)生再生中斷的可能。

圖3 20℃短距離行駛正常噴油量再生與DPF入口溫度關(guān)系圖

圖4 20℃短距離行駛增加再生噴油量與DPF入口溫度關(guān)系圖

1.2.3 車輛處于低溫環(huán)境低速行駛情況分析

EMS系統(tǒng)檢測到車輛較長時間處于低溫環(huán)境且低速行駛時，當(dāng)DPF發(fā)生再生時，由于車速低，DPF入口溫度提升難，利用缸內(nèi)二次再生后噴原理，采用增加再生后噴和再生次后噴噴油量來加速提高DPF入口溫度，加快DPF升溫，減少升溫時間，促進(jìn)DPF再生完成，減少DPF中斷的發(fā)生。

圖5表示低溫環(huán)境車輛低速行駛正常再生，DPF入口溫度與缸內(nèi)再生噴油量關(guān)系圖。圖6表示低溫環(huán)境車輛低速行駛增加噴油量再生，DPF入口溫度與缸內(nèi)再生噴油量關(guān)系圖。

圖5 -20℃低溫環(huán)境車輛低速行駛正常再生噴油量與DPF入口溫度關(guān)系圖

圖5和圖6試驗的環(huán)境溫度都是-20℃，車輛低速行駛的速度控制在20~40km/h，對比圖5和圖6情況，可以看出，增加再生噴油量的情況，DPF再生的時間縮短了，DPF入口溫度升溫速度加快了，DPF入口的最高溫度增加了，這些情況都有利于加速DPF再生完成，有利于解決車輛在低溫環(huán)境低速行駛DPF再生完成，有利于減少DPF再生中斷，是完善DPF再生標(biāo)定的一個方向。

2 增加手動再生開關(guān)

當(dāng)系統(tǒng)自動正常再生模式和再生中斷模式都不能完整執(zhí)行或碳載量超出系統(tǒng)警示閾值，儀表盤上的DPF警示燈就會開始閃爍，提示駕駛員DPF碳載量過載，需要包括駕駛員或4S店在內(nèi)的外界干涉才能完成再生，恢復(fù)系統(tǒng)正常；如果駕駛員發(fā)現(xiàn)儀表盤上的DPF警示燈閃爍就需要將車輛駕駛到安全區(qū)域，啟動手動再生程序，來完成再生，降低碳載量、降低背壓，恢復(fù)DPF初始狀態(tài)；手動再生模式是車輛裝配了專用的按鈕開關(guān)用來啟動再生的，在條件滿足時啟動按鈕開關(guān)才有效，詳細(xì)使用情況參照車輛用戶手冊說明書進(jìn)行操作。

圖6 -20℃低溫環(huán)境車輛低速行駛增加再生噴油量與DPF入口溫度關(guān)系圖

DPF警示燈閃爍表示碳載量過載了，碳載量達(dá)到了警示閾值。車輛從DPF警示燈閃爍到警示燈常亮，碳載量從警示閾值到危險閾值之間車輛行駛的距離稱為DPF警示距離，DPF警示距離與車輛負(fù)載、行駛環(huán)境和路況有關(guān)。

圖7表示20℃環(huán)境下平原地區(qū)DPF警示距離與車輛載重及工況的關(guān)系圖，車輛載重分空載、半載和滿載3種情況，車輛行駛環(huán)境和工況按市區(qū)、郊區(qū)和高速3種情況進(jìn)行試驗，市區(qū)平均車速不大于40km/h，郊區(qū)平均車速不大于80km/h，高速平均車速不大于120km/h。從圖7可以看出無論哪種工況，載重越重警示距離越短，從高速、郊區(qū)、市區(qū)工況或車速看，工況復(fù)雜或車速越低，警示距離越短。

DPF警示燈閃爍到常亮過程中，駕駛員都可以按照相應(yīng)的操作手冊使用手動再生開關(guān)模式來啟動手動再生功能，進(jìn)行DPF再生，使DPF恢復(fù)初始狀態(tài)。手動再生模式通常都有專用的按鈕開關(guān)和專門的操作方法，駕駛員都可以按照說明進(jìn)行。

圖7 DPF警示距離與車輛載重及工況的關(guān)系圖

圖8表示20℃平原地區(qū)下，過載碳載量與手動再生時間關(guān)系圖。圖中測試了3個過載碳載量的手動再生時間，試驗先把DPF碳載量累積到25g，觀察到DPF警示燈閃爍，按照車輛手動再生模式操作方法進(jìn)行手動再生操作，啟動再生，經(jīng)歷再生周期，碳載量恢復(fù)到零，DPF警示燈停止閃爍，車輛恢復(fù)正常行駛；然后按照此方法分2次將碳載量累積到30g和35g進(jìn)行手動再生模式驗證，都能順利啟動再生模式，順利完成再生，恢復(fù)DPF初態(tài)，說明手動再生模式有效。

圖8 過載碳載量與手動再生時間關(guān)系圖

手動再生操作使用的情況是小概率事件，但也是用戶能夠操作的唯一和最后的方法，如果儀表盤上的DPF警示燈閃爍期間駕駛員未能處理，當(dāng)碳載量達(dá)到危險閾值時，DPF警示燈轉(zhuǎn)為常亮，且OBD燈同時點亮，此時DPF積碳已觸發(fā)危險閾值，EMS系統(tǒng)為了保護(hù)DPF及整車安全，自動再生模式和手動再生開關(guān)模式關(guān)閉，車輛出現(xiàn)限速限扭現(xiàn)象，駕駛員應(yīng)立即到就近的4S店獲取幫助來處理DPF再生問題，否則可能造成車輛停駛，發(fā)動機(jī)停啟等嚴(yán)重后果。

3 結(jié)論

DPF再生中斷是一種異常情況，從理論上講應(yīng)該杜絕此種情況發(fā)生，但實際中存在此現(xiàn)象，特別是目前市面上帶DPF的國Ⅴ柴油車，出現(xiàn)DPF中斷現(xiàn)象，甚至DPF堵塞發(fā)生。究其原因，理論與實際存在差距，車輛工況復(fù)雜多變，控制策略存在不足，標(biāo)定不完善，通常都沒有增設(shè)手動再生開關(guān)，對一些特別的工況考慮欠佳，如車輛較長時間在低溫環(huán)境低速行駛，較長時間多次短距離行駛，DPF雖能自動進(jìn)入再生模式，但由于DPF入口溫度難以達(dá)到再生閾值溫度或在一個再生周期內(nèi)達(dá)到再生閾值溫度的平均時間較短，導(dǎo)致DPF再生不能完成，由于各種異常工況疊加導(dǎo)致DPF積碳超過警示閾值或危險閾值而使車輛出現(xiàn)限速限扭等情況；隨著DPF控制策略的完善，在特殊區(qū)域增加保溫套、在特殊情況工況下增加再生噴油量、增加手動再生開關(guān)等方法來解決DPF再生中斷問題，降低了DPF出現(xiàn)異常情況的幾率，使車輛出現(xiàn)限速限扭、停駛等嚴(yán)重事件成為小概率事件。