基于压差的DPF再生载碳量模型标定研究与验证

贺继龄，黄辉阳

（湖南猎豹汽车股份有限公司，湖南 长沙 410100）

基于压差的DPF再生载碳量模型标定与验证是EMS系统根据压差传感器的值为基准计算理论载碳量的一种标定方法。当按该方法计算出来的理论载碳量达到设定值时，DPF再生开启；使用该方法需要测出发动机各工况范围内对应的特征点排气温度和排气流量的DPF空载压差、DPF最大载碳量范围内均匀分布的特征点所对应的发动机排气流量的DPF压差值，计算各特征点的流阻，标定时用流阻配合排气流量来计算理论压差所对应的理论载碳量。

1 DPF空载压差与排气温度和排气流量的关系

DPF压差形成原因。由于DPF是空载件，结构形式为壁流式，不是直通式，排气只能从壁孔流出，因此排气通过DPF就形成了压差，壁孔的大小直接影响压差值。本标定和验证使用的DPF参数有：结构形式：壁流式；形状：圆柱体；尺寸：Φ143.8 mm×177.8 mm；最大荷载能力：8 g/L；涂层材料：氧化铝；孔密度：300目；贵金属含量：Pt为0.6799 g，Pd为0.3400 g；过滤体材料：SiC；过滤体体积：2.8876 L。

DPF空载压差的标定就是要找出发动机排气流量范围和排气温度范围内各特征点的压差，特征点是指包括排气流量、排气温度和载碳量等物理量中有代表性的数值，有了特征点的标定数据，其它各点的值就可以实时计算出来。

排气温度与压差关系测试。固定排气流量在某个特征点，测试不同特征点的排气温度下DPF空载压差值。排气流量小时，DPF空载压差值低，排气流量大时，DPF空载压差值高；对于同一排气流量，排气温度变化时，DPF压差值变化较小，原因是流速相同，DPF排气孔径和孔数相同。图1是DPF空载时，DPF压差值与排气温度关系曲线。

图1 DPF压差值与排气温度关系曲线

排气流量与压差关系测试。固定排气温度在某个特征点，测试不同特征点的排气流量下DPF空载压差值，排气温度高时，排气压差值大，从图2中可以明显看出，DPF压差值与排气流量成近似正比例关系，只不过排气温度低时，在某些温度点上有“抖动”的现象。图2是DPF空载时，DPF压差值与排气流量关系曲线。

图2 DPF压差值与排气流量关系曲线

2 载碳量与DPF压差值

载碳量是指车辆在运行过程中排气通过DPF积累下来的碳颗粒。不同工况下发动机燃烧存在差异，产生的碳颗粒数量也不同。随着碳颗粒的积累，发动机背压不断升高，DPF压差也不断升高，标定就是要找出不同特征点下的DPF压差值，以计算各载碳量特征点流阻、压差，以方便实时标定。

DPF载碳量标定需要使用DPF老化件，使其和实践使用的DPF状态一样，将DPF老化件安装好，在综合工况下使DPF积碳，在DPF最大载碳量范围内均匀选取分布的特征点，然后分别进行不同特征点排气流量和不同特征点排气温度下的压差标定测试。

3 计算流阻

在DPF载碳量测试和空载测试完后，就可以进行流阻计算，分别计算出不同特征点载碳量下的流阻。在DPF标定过程中，不同排气流量和不同载碳量可能对应相同压差值，如A载碳量在B流量下的压差值等于C载碳量在D流量下的压差值，在标定过程中就带来了载碳量的麻烦。为了解决此问题，引入流阻这个概念，流阻是针对某一载碳量在不同排气流量下的一个系数。流阻可以使用载碳量测试条件下的压差减去相应空载条件下测试的压差除载碳量测试条件下的流量得到，有了流阻就可以计算不同压差值下的载碳量。

EMS系统有了DPF空载特征点压差值的MAP和DPF载碳量特征点的MAP后，再加上各特征点高海拔补偿和高温、高寒温度差补偿MAP，就建立起了载碳量模型，就可以开始标定来验证载碳量模型是否合适和修改不合适的特征点数据。

4 试验验证

安装了DPF老化件的整车，分平原、高原、冬季、夏季区域，分别进行市区工况、郊区工况和高速工况标定验证，3种工况以车速来区分。市区工况为车速不大于50 km/h；郊区工况为车速不大于80 km/h；高速工况为车速不大于120 km/h来区分。

载碳量模型验证就是EMS系统根据上述方法建立起来的模型实时计算理论载碳量。当理论载碳量达到设定值时，看系统是否能进入再生、是否能正常再生，再生时间、再生效率、再生里程是否符合要求。

评价载碳量模型的主要参数如下。

1）能否进入再生。当理论载碳量达到设定值后，系统能否进入再生是决定载碳量模型的关键，如果由于各种原因没能进入再生，一来意味着积碳量会超过标准，会引起背压增高，背压达到一定程度发动机会熄火；二来当积碳量超过标准再生，再生时由于积碳过多，燃烧温度过高，就有烧毁DPF的可能。

2）再生效率、再生时间是否合适。再生速度太快，再生时间就会缩短，DPF内部温度就会变高，如果高于DPF的上限温度就有可能烧毁DPF。再生速度太快的原因是DPF入口温度太高，需要降低DPF入口温度，就要减少再生后喷和再生次后喷。再生完成后，需要称重实际剩余载碳量，计算再生效率，如再生效率高于70%表明再生合适，反之则再生存在一定问题。如果再生效率太低，表明再生过程中烧掉的碳颗粒太少，一来增加再生频度，增加油耗，二来对后续再生循环产生影响。图3、图4分别表示平原夏季地区和高原夏季地区的再生效率，从图中可以看出，无论平原和高原每次都能进入再生，且再生效率大于70%，说明标定的载碳量模型是合适的。

图3 平原夏季地区的再生效率

图4 高原夏季地区的再生效率

3）再生里程。再生里程是指上次再生结束到下次再生结束的一个周期里，车辆运行的总里程。再生里程是衡量车辆经济性的重要指标，也是反映发动机性能的重要指标。图5、图6分别为平原冬季和高原冬季的再生里程，从图中可以看出无论平原和高原，市区工况再生里程大于550 km，郊区工况大于650 km，高速工况大于900 km，说明标定的载碳量模型符合经济性和稳定性的要求。

图5 平原冬季的再生里程

图6 高原冬季的再生里程

［1］ 刘宏威.采用缸内后喷和排气管喷油的DOC辅助DPF再生技术研究［J］.汽车工程，2015，37（4）：391-395.

［2］ 韦雄，冒晓建，祝轲卿，等.基于机内技术的DPF再生控制策略研究［J］.农业机械学报，2013，44（11）：1-5.

［3］ 班智博，石凯，刘时国，等.基于压差的DPF碳载量模型标定［D］.APC联合学术年会论文集，2014.