涂紫鵬 劉宇

摘要：隨著中國(guó)排放法規(guī)逐步的加嚴(yán)，輕型柴油車在國(guó)五法規(guī)階段已經(jīng)開始增加DPF裝置（顆粒捕集器），用來(lái)過(guò)濾發(fā)動(dòng)機(jī)排出的碳顆粒，限制PM（顆粒物質(zhì)量）和PN（顆粒物數(shù)量）的尾管排放，目前各大主流車企輕型商用車在國(guó)六階段也沿用了該技術(shù)，但不同的車企由于布置差異，DPF體積并不一樣，因此DPF可容納的最大碳載量各異，本文對(duì)輕型柴油車DPF最大碳載量和再生入口溫度確定提供一種整車上的驗(yàn)證方法。

關(guān)鍵詞：輕型柴油車;DPF;再生;DTI

中圖分類號(hào)：U467.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0036-02

0? 引言

如何有效地協(xié)同凈化輕型柴油車尾氣中的PM排放，增加DPF裝置是解決方向。隨著排放法規(guī)要求加嚴(yán)，這種技術(shù)還會(huì)繼續(xù)得到沿用，目前國(guó)內(nèi)有實(shí)力的車企對(duì)于DPF的最大碳載量和再生入口溫度會(huì)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試，行業(yè)內(nèi)叫做DTI（Drop to idle）工況試驗(yàn)，但此試驗(yàn)周期長(zhǎng)，費(fèi)用大，限制了規(guī)模小的主機(jī)廠做這種驗(yàn)證，DPF最大碳載量和再生入口溫度如果沒(méi)有得到有效且準(zhǔn)確的確定，對(duì)于后期開發(fā)階段或量產(chǎn)后可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障，比如碳載量和再生溫度設(shè)置不合理導(dǎo)致DPF超溫?zé)g，排放超標(biāo)等問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，提供一種在整車上進(jìn)行的DTI驗(yàn)證方法，已達(dá)到周期短、成本低且驗(yàn)證有效的應(yīng)用目的，以期對(duì)汽車行業(yè)DPF驗(yàn)證提供借鑒和參考。

1? 法規(guī)要求

國(guó)家環(huán)保部2013年9月17日發(fā)布輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）GB18352.5-2013，其中對(duì)PM的限值要求由國(guó)四階段的0.06g/km下降到0.0045g/km，加嚴(yán)了92.5%，同時(shí)新增PN限值要求，原國(guó)四排放的發(fā)動(dòng)機(jī)已不能通過(guò)EGR廢棄循環(huán)系統(tǒng)徹底解決達(dá)標(biāo)，需后處理系統(tǒng)增加DPF裝置從而起到捕集PM和PN的作用，對(duì)DPF裝置的最大碳載量和再生入口溫度研究成為行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)。

2? 行業(yè)內(nèi)普遍采用的DTI工況試驗(yàn)方法

目前對(duì)DPF碳載量驗(yàn)證的DTI工況試驗(yàn)方法各主機(jī)廠采用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架驗(yàn)證，驗(yàn)證方法主要是：①首先確定驗(yàn)證工況點(diǎn)矩陣，不同的入口溫度對(duì)應(yīng)的不同碳載量矩陣;②對(duì)DPF硬件進(jìn)行改制，增加不同位置的熱電偶;③按照各矩陣點(diǎn)在裝載了DPF的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上對(duì)某個(gè)碳載量比如5g/L進(jìn)行加載;④不同的DPF大小加載的時(shí)間會(huì)有差異，為了加快加載時(shí)間會(huì)適當(dāng)?shù)膶?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裸排的PM值進(jìn)行調(diào)高;⑤加載完成后需進(jìn)行稱重已確定是否按設(shè)定目標(biāo)進(jìn)行加載;⑥完成后開始進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工況，觸發(fā)DPF再生（發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)后噴油量）;⑦在短時(shí)間內(nèi)馬上進(jìn)行怠速（idle），后噴油關(guān)閉;⑧DPF內(nèi)部將經(jīng)歷一次升溫過(guò)程，由熱電偶進(jìn)行監(jiān)控記錄溫度隨時(shí)間的變化;⑨結(jié)束后將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存形成一組數(shù)據(jù);⑩重復(fù)1-9步驟直到所有點(diǎn)結(jié)束。

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法的優(yōu)勢(shì)在于DPF加載可控，可按預(yù)想的速度和時(shí)間進(jìn)行加載，同時(shí)降到怠速可以通過(guò)ECU進(jìn)行精準(zhǔn)控制，但時(shí)間周期和試驗(yàn)成本代價(jià)較大，一般需花費(fèi)1～2個(gè)月，上百萬(wàn)試驗(yàn)費(fèi)用，原因在于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架需要租借有資質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)室，消耗的資源大。為了給行業(yè)解決這個(gè)問(wèn)題，提供一種新的方法，在整車上進(jìn)行測(cè)試，可以在道路上完成，靈活性高，所有車企都可進(jìn)行。

3? 整車DTI工況試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)軟/硬件準(zhǔn)備

①在后處理總成中，DPF部分需要做成可快速拆裝的模塊化形式;②溫度熱電偶的布置也需要做成模塊化，采用K型熱電偶（直徑0.8mm）;③熱電偶從DPF出口端插入，安裝過(guò)程中避免損壞出口通道導(dǎo)致碳顆粒泄露，傳感器的布置圖如圖1所示;④布置在DPF邊緣的熱電偶周圍要有開孔通道;⑤稱重用的秤;⑥D(zhuǎn)PF再生的標(biāo)定策略。

3.2 DPF預(yù)處理

建議在整車上運(yùn)行數(shù)小時(shí)，以激活后處理總成。并結(jié)合再生模式運(yùn)行1小時(shí)左右以保證DPF內(nèi)部累計(jì)碳顆粒的深度去除（時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），DPF必須事先安裝好所有相應(yīng)的熱電偶，如圖2所示。

3.3 DTI試驗(yàn)前準(zhǔn)備（稱重/碳加載）

3.3.1 確定新鮮DPF封裝單元的重量

稱重注意事項(xiàng)：

①確保每次稱重讀取數(shù)值的時(shí)刻都在同一溫度下（建議稱重溫度是在停機(jī)后能夠較容易達(dá)到的溫度，建議約200°C），以DPF正中間的溫度熱電偶為基準(zhǔn)。②務(wù)必保證每次DPF封裝單元的稱重流程的一致性。

3.3.2 碳加載流程

通過(guò)調(diào)節(jié)整車上發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)使得排氣達(dá)到以下穩(wěn)定狀態(tài)，使得碳排放量大概在5～10g/hr的水平，DPF前排溫需維持在小于250℃，稱重，確認(rèn)是否加載到目標(biāo)碳載量，未達(dá)到目標(biāo)碳載量，繼續(xù)加載，已達(dá)到目標(biāo)碳載量，確認(rèn)。

3.3.3 DTI試驗(yàn)操作流程

①讓整車運(yùn)行在中等轉(zhuǎn)速/低負(fù)荷情況，50km/h以下，使得整個(gè)系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定，其間需要注意兩點(diǎn)：DPF之前的溫度不能太高（建議<250℃）;盡量避免在DPF上再額外加載多余碳顆粒的工況。

②升溫：根據(jù)現(xiàn)有再生策略提高DPF進(jìn)口溫度直至目標(biāo)值，如圖3所示。

③待機(jī)：升溫直至DPF前端溫度達(dá)到目標(biāo)再生溫度時(shí)刻左右（整個(gè)過(guò)程需要標(biāo)定工程師配合），駕駛員松開油門，將發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速降低到怠速狀態(tài)（過(guò)程一般需要10～15s）。

④DPF除碳步驟。使用全負(fù)荷工況并結(jié)合再生模式運(yùn)行1小時(shí)左右以保證DPF內(nèi)部碳顆粒的深度清除（時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）。

⑤DPF載體完好性測(cè)試。在完成DPF碳顆粒去除后，可以通過(guò)以下手段對(duì)DPF完好性作出判斷：1）可以通過(guò)將DPF的溫度測(cè)量值與DPF溫度建議運(yùn)行窗口數(shù)值作對(duì)比來(lái)做初步判斷，如圖4。2）通過(guò)排放測(cè)試循環(huán)（PM質(zhì)量數(shù)/顆粒數(shù)）來(lái)檢測(cè)DPF的完整性。

4? 目標(biāo)參數(shù)設(shè)定

試驗(yàn)前需確定試驗(yàn)參數(shù)，設(shè)定多個(gè)碳載量和多組T5溫度，表中每一行作為一個(gè)測(cè)試循環(huán)，需完整記錄表中數(shù)據(jù)（如表1 數(shù)據(jù)記錄表），按要求整理和分析數(shù)據(jù)。

5? 結(jié)論

盡管發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架DTI工況測(cè)試已得到行業(yè)內(nèi)認(rèn)可，但受周期和成本所限，并不能推廣，隨著國(guó)家排放法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)，DPF裝置將會(huì)越來(lái)越重要，因此本次提供的整車測(cè)試方法是一種適用于所有主機(jī)廠的規(guī)范，目前有車企已經(jīng)成功得到應(yīng)用，也得到了國(guó)內(nèi)標(biāo)定公司的數(shù)據(jù)認(rèn)可，給標(biāo)定提供了有效的數(shù)據(jù)參考，應(yīng)用價(jià)值大。

參考文獻(xiàn)：

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[2]QC/T829-2019，柴油車排氣后處理系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[3]王丹.柴油機(jī)微粒捕集器及其再生技術(shù)研究[D].吉林大學(xué)，2013.