趙 強(qiáng) 吳 哲 張世昊 吳代明 唐 行 吳澤奇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 安徽 合肥 230601）

引言

隨著汽車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，汽車尾氣排放給環(huán)境帶來越來越多的壓力，其中汽油機(jī)的顆粒物（PM）排放是污染物的重要組成部分。美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家地區(qū)為減小尾氣排放，均制定了更為嚴(yán)苛的排放法規(guī)。我國(guó)也于2016 年年底，發(fā)布了輕型車輛國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)（GB 18352.6—2016）法規(guī)。相對(duì)于國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)于顆粒物的排放限值變得更加嚴(yán)格。如何降低顆粒物的排放成為難題。

GPF 是從排放后處理角度出發(fā)來降低顆粒物排放的一種設(shè)備。在車輛排氣系統(tǒng)中安裝GPF 之后，可過濾掉90%[1]的顆粒物。GPF 工作元件為為壁流式結(jié)構(gòu)載體，壁流式結(jié)構(gòu)的捕集承載量有限，過量的碳載量可能導(dǎo)致排氣背壓過大、油耗增加，且再生[2]時(shí)溫度也會(huì)提高，存在超過GPF 承受最大熱應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而損壞GPF。通過模型計(jì)算碳載量，防止其過量累積便可以規(guī)避此風(fēng)險(xiǎn)，因此，設(shè)計(jì)出精準(zhǔn)的碳載量模型尤其重要。

對(duì)于碳載量的預(yù)估算法，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的研究，研究方向主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)工況預(yù)估法和壓差信號(hào)預(yù)估法兩類。發(fā)動(dòng)機(jī)工況預(yù)估法方面，Per Nicolin 等[3]設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)化0D 模型，其依靠發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、空燃比、點(diǎn)火角、環(huán)境溫度等變量為輸入，預(yù)估出GPF 的碳載量，并使用實(shí)車進(jìn)行不同負(fù)荷的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)，預(yù)估結(jié)果符合性較好，但其對(duì)瞬態(tài)試驗(yàn)并未進(jìn)行驗(yàn)證。廣東工業(yè)大學(xué)的李祥等[4]通過發(fā)動(dòng)機(jī)原排質(zhì)量流量、不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比修正參數(shù)、PM 過濾效率修正參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行水溫修正參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷修正參數(shù)等計(jì)算模型模擬出GPF碳載量。但其驗(yàn)證的樣本數(shù)較少，對(duì)模型的可靠性未做進(jìn)一步探討。壓差信號(hào)預(yù)估法方面，Jian Gong 等[5]通過過濾理論設(shè)計(jì)出一種多相多角度過濾模型（heterogeneous multiscale filtration，HMF），并探討了GPF 在微觀和宏觀兩個(gè)維度的過濾特性，模型預(yù)測(cè)的顆粒數(shù)、濃度以及壓降等過濾特性與整機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度較好。研究發(fā)現(xiàn)過濾特性[6]，包括過濾效率、壓降以及顆粒在壁面內(nèi)的分布，與顆?？傮w積密切相關(guān)，而與顆粒總體濃度無關(guān)。但其試驗(yàn)驗(yàn)證均使用整機(jī)試驗(yàn)，并未使用整車。目前涉及搭載GPF 混合動(dòng)力車型的研究較少。

面對(duì)以上問題，本文針對(duì)某搭載GPF 的P2 型混合動(dòng)力車型，對(duì)GPF 的壓差特性進(jìn)行理論分析，設(shè)計(jì)算法并搭建出GPF 碳載量預(yù)估模型?；趬翰钅Ｐ瓦M(jìn)行GPF 實(shí)車標(biāo)定開發(fā)，標(biāo)定開發(fā)過程試驗(yàn)包含的工況多樣、數(shù)據(jù)樣本充足，證明GPF 碳載量預(yù)估模型設(shè)計(jì)的合理性。

1 GPF 壓差理論分析

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過GPF 總成時(shí)，由于GPF 為一種多孔目的過濾設(shè)備，使得流體流過時(shí)斷面處流體的流量、狀態(tài)均沿程發(fā)生變化。排氣氣體呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，進(jìn)而GPF 載體入口處受到的排氣氣體壓力復(fù)雜多變，此時(shí)流體阻力快速聚集，形成大于大氣壓的排氣背壓[7]。且排氣流經(jīng)GPF 載體時(shí)存在能量損失，包括局部損失和沿程損失。該能量損失可使用黏性流體在管內(nèi)流動(dòng)的模型進(jìn)行討論。流經(jīng)GPF 后，由于局部損失和沿程損失，GPF 出口處壓力較入口處壓力變小，進(jìn)而形成GPF 入口和出口的壓差。

通過壓差傳感器獲取GPF 壓差值，測(cè)量口布置在GPF 前后端，實(shí)時(shí)測(cè)量GPF 前后端壓力差值。

壓差的數(shù)學(xué)模型建立，需首先確定無碳載量GPF（以下簡(jiǎn)稱無碳顆粒GPF）的壓差模型。能量損失包括GPF 入口通道的局部損失、GPF 入口通道的沿程損失、壁面層的壓力損失、GPF 出口通道的沿程損失、GPF 出口通道的局部損失共五個(gè)部分。討論無碳顆粒GPF 入口截面處，某一個(gè)GPF 孔目，流經(jīng)某一方向的能量損失情況[8]。如圖1 所示。

圖1 無碳顆粒GPF 損失圖

GPF 入口通道的局部損失，公式如下：

式中：ξenter為GPF 入口處的局部損失系數(shù)；ρg為GPF內(nèi)的氣體平均密度；vin為入口通道入口處的氣流速度，公式表示如下：

式中：Qv為排氣體積流量；N 為GPF 入口截面通道數(shù)量。由于GPF 的每個(gè)通道截面均為正方形，故a 為GPF 通道的邊長(zhǎng)。

GPF 入口通道的沿程損失，公式如下：

式中：l 為GPF 通道長(zhǎng)度；vin（x）為GPF 氣流速度沿通道軸向分布；λin為GPF 入口通道的沿程損失系數(shù)。由于GPF 孔道氣流速度較慢，屬于層流運(yùn)動(dòng)，則：

式中：Rein為GPF 入口通道氣流流動(dòng)的雷諾數(shù)；μ 為排氣的動(dòng)力粘度。

對(duì)于GPF 壁面間的壓力損失，采用土力學(xué)中[9]滲透的定義，達(dá)西定律進(jìn)行計(jì)算。則GPF 壁面層的壓力損失：

式中：δwall為壁面厚度；kwall為壁面層滲透率；vwall為氣流流經(jīng)GPF 壁面的速度，如下式：

GPF 出口通道的沿程損失，公式如下：

式中：l 為GPF 通道長(zhǎng)度；vout（x）為GPF 氣流速度沿通道軸向分布；λout為GPF 出口通道的沿程損失系數(shù)。由于GPF 孔道氣流速度較慢，屬于層流運(yùn)動(dòng)，則：

式中：Reout為GPF 出口通道氣流流動(dòng)的雷諾數(shù)。

GPF 出口通道的局部損失：

式中：ξexp為GPF 出口處的局部損失系數(shù)；vout為出口通道出口處的氣流速度，公式表示如下：

聯(lián)立公式（1）～（10），得壓差的實(shí)際公式：

對(duì)于公式（11），為無碳顆粒GPF 入口截面處，某一個(gè)GPF 孔目，流經(jīng)某一方向形成的壓差。而GPF總成軸向有多層GPF 孔目，每孔目的排氣氣體又可以往多方向擴(kuò)展被過濾捕獲[10]。對(duì)于無碳顆粒GPF總壓差ΔHempty得公式如下：

式中：n 為出現(xiàn)壓差方式的總個(gè)數(shù)。

對(duì)于ΔHempty，若將整個(gè)GPF 考慮成整體，公式（12）則可以將其列成如下函數(shù)關(guān)系：

式中，將GPF 視為整體，則轉(zhuǎn)化成和μ、ρg、Qv的函數(shù)關(guān)系，這也是基于壓差的控制模型的基礎(chǔ)。

2 GPF 碳載量預(yù)估理論分析

捕捉碳顆粒需要分析排氣中碳顆粒的特性，碳顆粒粒徑較小，平均基元顆粒直徑為24.5 nm[11]，呈開放式鏈狀結(jié)構(gòu)。GPF 材料中微孔平均直徑為20～30 μm，呈正態(tài)分布[12]。排氣通過時(shí)，捕集器通過碰撞、大粒攔截捕獲、擴(kuò)散捕獲、重力沉降等物理方式，將碳顆粒吸附在通道的內(nèi)壁面或孔道末端。捕獲的碳顆粒其沉積形態(tài)受再生方式、GPF 布置等多種因素的影響，它們沉積在GPF 內(nèi)壁面或孔道末端的比例呈現(xiàn)多樣性。隨著碳顆粒以及可溶性有機(jī)物（soluble organic fraction，SOF）的捕捉，GPF 內(nèi)壁面的微孔結(jié)構(gòu)中的碳顆粒成分持續(xù)增多，GPF 過濾效率下降，排氣背壓上升，壓差信號(hào)呈上升趨勢(shì)。同時(shí)，由于不同碳載量下，不同體積流量和壓差的關(guān)系接近線性[13]?；诖嗽O(shè)計(jì)出壓差模型，如下式：

由于GPF 內(nèi)壁和通道的底部累積了積碳顆粒會(huì)對(duì)壓差函數(shù)關(guān)系產(chǎn)生影響，導(dǎo)致出口壓力降低，產(chǎn)生壓降。壓降GPFLOWER 定義如下式：

進(jìn)而，壓降GPFLOWER 是由碳載量直接引起的，壓降GPFLOWER 和碳載量GPF_GDSM 成函數(shù)關(guān)系。將壓降GPFLOWER 通過標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境轉(zhuǎn)換成壓差指數(shù)PT_GDSM，并將壓差指數(shù)和碳載量函數(shù)關(guān)系直接設(shè)計(jì)成表格標(biāo)定，且不同體積流量和壓差的關(guān)系接近線性。當(dāng)前，需要說明壓差指數(shù)PT_GDSM 和碳載量存在一次函數(shù)關(guān)系：

為達(dá)到更好的顆粒捕集效果，并保證GPF 的使用可靠性，GPF 布置方式是需要分析確定的。GPF 載體經(jīng)過封裝后，形成GPF 總成，布置在排氣側(cè)，位于三元催化器后，作為追加布置的較多。追加式GPF 根據(jù)其和三元催化器的關(guān)系，又可分為緊耦合式和后置式。綜合考慮后，本車型選擇了后置式GPF 的布置方式[14]。

具體GPF 布置方式以及傳感器布置方式如下圖2 所示。

圖2 后置式GPF 布置圖

3 GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型建立

3.1 模型開發(fā)概述

GPF 擴(kuò)展模型和發(fā)動(dòng)機(jī)主模型的關(guān)系示意圖如圖3 所示。

圖3 GPF 擴(kuò)展模型示意圖

其中排氣流量由發(fā)動(dòng)機(jī)主模型通過發(fā)動(dòng)機(jī)缸前流量、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管流量、發(fā)動(dòng)機(jī)催化器排氣流量計(jì)算而得。此流量經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架標(biāo)定，供發(fā)動(dòng)機(jī)主模型調(diào)用。

再生狀態(tài)由GPF 擴(kuò)展模型算得，分為主動(dòng)再生和被動(dòng)再生兩種模式，其依據(jù)碳載量作為發(fā)動(dòng)機(jī)主模型來控制發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行器進(jìn)行再生操作[15]。GPF 擴(kuò)展模型，如圖4 所示。

圖4 GPF 擴(kuò)展模型結(jié)構(gòu)圖

壓差傳感器、GPF 入口溫度傳感器輸出傳感器數(shù)值。

壓差/溫度傳感器模型將信號(hào)輸出給GPF 排氣壓力/溫度模型，經(jīng)過底層軟件對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理。

GPF 排氣壓力/溫度模型處理壓差/溫度傳感器模型輸出GPF 出口溫度信號(hào)。此模型的邏輯為溫度場(chǎng)的傳遞函數(shù)，使用排氣壓力值表示負(fù)載情況。辨識(shí)出GPF 出口溫度和GPF 入口溫度的傳遞函數(shù)。輸出的GPF 出口溫度值作為GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型的輸入。

GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型，使用體積流量和壓力信號(hào)、溫度信號(hào)，計(jì)算出碳載量。

3.2 GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型

GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型如圖5 所示。

圖5 GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型邏輯框圖

GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型主要包括三個(gè)部分，分別是:無碳顆粒GPF 壓差模型、壓降壓差指數(shù)模型、壓差指數(shù)_碳載量模型。

1）無碳顆粒GPF 壓差模型：使用公式（13）設(shè)計(jì)壓差模型，將a1、a2設(shè)計(jì)成可標(biāo)定變量。無碳顆粒GPF 的壓差模型是基礎(chǔ)，對(duì)于無碳顆粒的定義無法絕對(duì)保證，也擔(dān)心由于行駛里程過長(zhǎng)而形成無法再生的灰分[16]，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)論。故需要對(duì)無碳顆粒GPF 進(jìn)行詳細(xì)定義。定義使用新GPF，其需要經(jīng)過磨合，再生完全并稱重視為無碳顆粒GPF。開發(fā)過程中，后續(xù)會(huì)使用無碳顆粒GPF 進(jìn)行基礎(chǔ)標(biāo)定，通過調(diào)整標(biāo)定a1、a2兩個(gè)參數(shù)，使得實(shí)際壓差和模型壓差值在誤差范圍內(nèi)。

2）壓降壓差指數(shù)模型：使用壓差傳感器測(cè)得實(shí)際壓差減去模型壓差得到壓降。此部分壓降的產(chǎn)生是由于碳載量出現(xiàn)而導(dǎo)致的。

當(dāng)存在碳載量時(shí)，使用公式（14）考慮碳載量和壓差的關(guān)系，并將壓降進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓差。通過溫度場(chǎng)的修正和信號(hào)的濾波，得到壓差指數(shù)PT_GDSM。

3）壓差指數(shù)_碳載量模型：直接設(shè)計(jì)出壓差指數(shù)和碳載量的標(biāo)定函數(shù)，經(jīng)過標(biāo)定將實(shí)際碳載量和實(shí)測(cè)碳載量對(duì)應(yīng)上。

4 GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型的標(biāo)定和實(shí)車驗(yàn)證

4.1 標(biāo)定開發(fā)及驗(yàn)證

首先完成無碳顆粒GPF 模型基礎(chǔ)標(biāo)定，完成標(biāo)定碳載量和壓差指數(shù)的關(guān)系。確保驗(yàn)證在累碳、再生兩種情況下的由壓差指數(shù)模型碳載量與實(shí)際碳載量相近。

試驗(yàn)對(duì)象為某款搭載汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和GPF 硬件的P2 型自動(dòng)擋SUV 車輛，GPF 為后置式布置方式。其已經(jīng)具備基本的起動(dòng)、換擋、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向性能，并且GPF 已經(jīng)完成發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架GPF 標(biāo)定，模塊的基礎(chǔ)參數(shù)已經(jīng)具備。

試驗(yàn)驗(yàn)證前，對(duì)GPF 進(jìn)行改造：改造成快拆GPF、GPF 前后安裝熱偶檢測(cè)實(shí)測(cè)溫度，其中熱電偶安裝在GPF 前端、GPF 后端、GPF 內(nèi)部中心處、GPF內(nèi)部前1/4 處、GPF 內(nèi)部后1/4 處共5 個(gè)位置。

試驗(yàn)驗(yàn)證過程中，需要使用精密天平和改造后可快速拆裝GPF 確定每次實(shí)際碳載量。

4.2 標(biāo)定試驗(yàn)流程制定

整個(gè)標(biāo)定試驗(yàn)過程使用整車在平直道路上進(jìn)行，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境提出以下要求：

1）場(chǎng)地需求：要求平坦路面路況，由于累碳、再生工況車速較高，場(chǎng)地為封閉試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)；

2）氣候要求：環(huán)境溫度在10 ℃～30 ℃；

3）海拔要求：環(huán)境氣壓不小于95 kPa；

具體試驗(yàn)步驟如下：

步驟1：對(duì)GPF 進(jìn)行激活，清理新GPF 中加工碎屑。磨合里程不宜過長(zhǎng)（500 km 左右）、負(fù)荷以中負(fù)荷為好。

步驟2：進(jìn)行無碳顆粒GPF 基礎(chǔ)標(biāo)定，通過標(biāo)定a1、a2兩個(gè)標(biāo)定量，標(biāo)定不同體積流量下，實(shí)際壓差和模型壓差在誤差范圍內(nèi)，需要使用兩個(gè)新GPF 進(jìn)行校驗(yàn)，確?；A(chǔ)標(biāo)定的準(zhǔn)確性。

步驟3：對(duì)GPF 進(jìn)行累碳，從0 g 開始，以1 g 為步距累碳，最終10 g 為終點(diǎn)，因?yàn)?0 g 是臺(tái)架測(cè)試GPF 極限碳載量。對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，記錄包括壓差指數(shù)、實(shí)際碳載量、預(yù)估碳載量。

對(duì)GPF 進(jìn)行清碳，以1 g 為步距，10 g 為起點(diǎn)，0 g為終點(diǎn)。對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，記錄包括壓差指數(shù)、實(shí)際碳載量、預(yù)估碳載量。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果擬合出散點(diǎn)數(shù)據(jù)的一次函數(shù)，并使用此一次函數(shù)得到標(biāo)定值P_T_Table_GPF_SOOT_MASS_DAT。

步驟4：對(duì)GPF 進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證工況包括累碳、原地怠速?gòu)?qiáng)制再生、單獨(dú)減稀再生、單獨(dú)斷油再生、減稀斷油綜合再生，共五個(gè)狀態(tài)。驗(yàn)證預(yù)估碳載量和實(shí)際碳載量之間的誤差范圍。

4.3 標(biāo)定試驗(yàn)和驗(yàn)證結(jié)果

按照設(shè)定的標(biāo)定步驟進(jìn)行試驗(yàn)，本文以該項(xiàng)目實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果為依據(jù)，具體試驗(yàn)過程和結(jié)果如下表述：

1）步驟1，先對(duì)新鮮GPF 進(jìn)行稱重，質(zhì)量為：3 470.8 g，跑完磨合后，再進(jìn)行稱重，質(zhì)量為：3 470.9 g，可視為無碳顆粒GPF。

2）步驟2，GPF 進(jìn)行原地再生試驗(yàn)，強(qiáng)制原地再生積碳，通過提高怠速轉(zhuǎn)速、加大進(jìn)氣流量、減小點(diǎn)火角的方式進(jìn)行強(qiáng)制原地再生，其目的是將GPF 的碳載量清空得到無碳顆粒GPF。第一次原地再生后拆下GPF 稱重，實(shí)際質(zhì)量為：3 470.6 g，第二次原地再生后，GPF 稱重，GPF 實(shí)際質(zhì)量為3 470.7 g，兩次的誤差為0.1 g，視當(dāng)前的GPF 為無碳顆粒GPF。

開始模型標(biāo)定前，進(jìn)行GPF 后端排氣溫度的確認(rèn)，檢查經(jīng)過臺(tái)架試驗(yàn)后的實(shí)測(cè)后端排氣溫度和模型預(yù)估后端排氣溫度是否在誤差范圍內(nèi)。通過檢查溫度在常用駕駛工況下，誤差控制在±15 ℃，滿足開發(fā)要求。

進(jìn)行無碳顆粒GPF 不同體積流量下的實(shí)際壓差值和模型壓差值誤差確定，確定臺(tái)架標(biāo)定時(shí)的a1、a2值是否準(zhǔn)確。臺(tái)架標(biāo)定[17]a1、a2的方式先說明下：其采集不同體積流量下的實(shí)際壓差，做出體積流量為橫坐標(biāo)、實(shí)際壓差為縱坐標(biāo)的散點(diǎn)圖，對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行函數(shù)擬合，反向擬合出參數(shù)a1、a2，填入標(biāo)定。

在發(fā)動(dòng)機(jī)水溫大于90 ℃的熱機(jī)時(shí)，鎖定車輛為3 擋進(jìn)行不同負(fù)荷、不同體積流量下的數(shù)據(jù)采集。以體積流量為橫坐標(biāo)，模型壓差、實(shí)際壓差為縱坐標(biāo)，進(jìn)行散點(diǎn)作圖，確定兩個(gè)壓差是否符合要求。做完試驗(yàn)后，稱重GPF 重量，其質(zhì)量為3 470.9 g，仍可視為無碳顆粒GPF。

無碳顆粒GPF 壓差標(biāo)定結(jié)果，具體如圖6 所示。

圖6 臺(tái)架標(biāo)定后_無碳顆粒GPF 壓差標(biāo)定結(jié)果

第一次標(biāo)定后壓差驗(yàn)證，實(shí)際壓差在中、小流量上和模型壓差基本完全重合。大流量時(shí)，實(shí)際壓差略大于模型壓差，需要修正。

按此實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)a1、a2兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行修正，重復(fù)以上步驟，再進(jìn)行驗(yàn)證。確定體積流量_壓差值（無碳顆粒）曲線基本完全重合。

對(duì)車輛更換新的GPF 進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證。結(jié)果如圖7 所示，通過修正后的a1、a2參數(shù)，使得體積流量_壓差值（無碳顆粒）曲線模型精準(zhǔn)，整體壓差誤差均在0.5 kPa 范圍內(nèi)，滿足開發(fā)要求。

圖7 修正后_無碳顆粒GPF 壓差標(biāo)定結(jié)果圖

3）步驟3，以1 g 為步距，進(jìn)行累碳操作。累碳的方式為：使用標(biāo)定手段將再生的條件閾值更改，使模型無法進(jìn)入主動(dòng)再生。同時(shí)加濃發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比（例如：試驗(yàn)中將空燃比設(shè)置為11），然后進(jìn)行車輛正常駕駛，以安全駕駛為主，車速、轉(zhuǎn)速不宜過高。

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)有預(yù)設(shè)的標(biāo)定值，碳載量值具有一定參考意義。觀察模型碳載量值，以1 g 為間隔，碳載量每滿約1 g，進(jìn)行GPF 拆除稱重，記錄實(shí)際GPF質(zhì)量，得到實(shí)際碳載量。步驟3 需要至少做兩輪，以確保準(zhǔn)確性。以1 g 為步距，進(jìn)行再生試驗(yàn)。將步驟3中累滿碳的GPF 按1 g 的間隔，逐步再生，記錄下實(shí)際碳載量、當(dāng)前壓差指數(shù)關(guān)系。在各碳載量下對(duì)壓差指數(shù)_碳載量模型進(jìn)行再次標(biāo)定，確保各種再生操作下的壓差指數(shù)_碳載量函數(shù)和累碳時(shí)壓差指數(shù)_碳載量函數(shù)基本保持一致。

而再生過程中的壓差指數(shù)和碳載量函數(shù)關(guān)系與累碳過程中的壓差指數(shù)和碳載量函數(shù)關(guān)系不同的原理在于：累碳過程中的碳所累積的區(qū)域和各種再生模式下碳所積累的區(qū)域存在不同，累積碳量分布區(qū)域不同對(duì)壓差是有影響的[18]，結(jié)合測(cè)試結(jié)果擬合函數(shù)如圖8 所示。

圖8 壓差指數(shù)_碳載量函數(shù)擬合圖

如表1 所示為步驟3 測(cè)試得到函數(shù):

表1 壓差指數(shù)_碳載量函數(shù)標(biāo)定表格（步驟3 后）

碳載量=0.77×PT_GDSM -1.2；并填入標(biāo)定：壓差指數(shù)_碳載量函數(shù)標(biāo)定表格。

4）進(jìn)行步驟4，對(duì)模型系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。驗(yàn)證工況包括累碳工況、再生工況兩類。由于是混合動(dòng)力車型，在驗(yàn)證過程中，所有的斷油策略均為混合動(dòng)力的VCU 控制器所指定和發(fā)送。

再生工況還需細(xì)分成四種工況包括：

a）原地怠速?gòu)?qiáng)制再生；

b）單獨(dú)減稀再生；

c）單獨(dú)斷油再生；

d）減稀斷油綜合再生。

每種工況采集至少兩組數(shù)據(jù)，并繪制成散點(diǎn)圖。

本次試驗(yàn)共采集54 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，具體如表2 所示，然后使用實(shí)測(cè)散點(diǎn)圖和標(biāo)定后的一次函數(shù)進(jìn)行比對(duì)。標(biāo)定一次函數(shù)可以穿過數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，此函數(shù)可以代表碳載量和壓差指數(shù)的實(shí)際關(guān)系，具體如圖9所示。

圖9 驗(yàn)證GPF 壓差指數(shù)_碳載量函數(shù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)圖

表2 不同工況驗(yàn)證碳載量統(tǒng)計(jì)表g

試驗(yàn)和標(biāo)定完成。設(shè)計(jì)的碳載量模型，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足設(shè)計(jì)需求，可以精準(zhǔn)地預(yù)估碳載量。

5 結(jié)論

1）本文從GPF 能量損失原理出發(fā)，得到無碳顆粒GPF 壓差和體積流量的函數(shù)關(guān)系、有碳載量GPF壓差和體積流量的函數(shù)關(guān)系等，并設(shè)計(jì)了壓降、壓差指數(shù)等變量。

2）設(shè)計(jì)出一種汽油GPF 碳載量預(yù)估計(jì)算模型，此模型可以依托發(fā)動(dòng)機(jī)主模型和GPF 擴(kuò)展模型的其他模塊，使用壓差傳感器、GPF 入口溫度傳感器等零部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)GPF 碳載量的計(jì)算和預(yù)估。

3）從工程實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)出標(biāo)定流程和方法，并使用某一款P2 型混合動(dòng)力車型自動(dòng)擋SUV 進(jìn)行整車GPF 碳載量模型的標(biāo)定開發(fā)，標(biāo)定后，此模型可以準(zhǔn)確地反映P2 混動(dòng)車型GPF 的碳載量。

GPF 累碳、再生工作繁瑣，耗費(fèi)時(shí)間周期很長(zhǎng)。如果需要碳載量模型標(biāo)定得更為精準(zhǔn)，可多次重復(fù)不同工況下的試驗(yàn)，使用大批量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為模型標(biāo)定的依據(jù)。