浅谈博世国六DPM+DPF技术

共轨导读

2018年6月27日，国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（以下简称《行动计划》）。《行动计划》指出，2019年7月1日，重点区域（京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原等区域）、珠三角地区、成渝地区提前实施国六排放标准，并表示自2019年1月1日起，全面供应符合国六标准的车用汽柴油，停止销售低于国六标准的汽柴油。随着国六排放法规的实行，对于广大的汽车维修人员来说，做好国六技术的学习尤为重要。今天，小轨就带大家了解一下博世国六DPM+DPF技术。

1 为什么要使用DPM+DPF技术？

国六排放法规，不但要求颗粒物总量（PM）大幅下降，而且新增加对粒子数量（PN）的要求，这就导致必须使用壁流式颗粒捕捉器。

颗粒捕捉器（DPF）同POC（颗粒物催化氧化器）一样主要用于发动机尾气中的颗粒物捕集，但不同的是DPF采用壁流式过滤通道，废气只能从每个通道的壁面小孔互相“渗透”。如图1所示，DPF由很多细小的孔道组成，相邻孔道一端入口封闭，一端出口封闭，孔道壁面有微孔，可使气流通过，同时捕集经过的微粒。

图1 DPF的结构示意

DPF通常配合废气再循环装置（EGR），安装在柴油机的排气管上，对排气中的大微粒（微粒粒径为5 μm）通过碰撞、拦截的方式进行捕集，对粒径小于100 nm的小微粒则通过扩散方式进行捕集。这使得DPF的颗粒捕集效率高达95%以上。但随着发动机运行时间的增加，大量的颗粒堆积并堵塞DPF，造成排气背压增加，导致发动机动力性能和经济性能恶化。因此，必须及时清除DPF上附着的颗粒，这就是DPF的再生（图2）。

图2 DPF再生前后的对比

如图3所示，DPF再生分为被动再生和主动再生，被动再生一般是指在过滤体表面涂覆催化剂或在燃油中添加催化剂以降低颗粒的氧化反应温度，主动再生则是指通过外在提供能量增加排气或过滤体的温度，将颗粒燃烧掉。由于柴油机在很多实际工况中处于低负荷状态，排气温度很低，被动再生受到一定的限制。因此主动再生成为国六阶段必备的后处理技术，在国六阶段的实际使用中，被动再生和主动再生是同时使用的。

图3 DPF再生分类

主动再生主要分为喷油器燃油后喷路线和DPM（博世HCI喷射系统）路线。喷油器燃油后喷技术路线（图4）是做功冲程中后期（活塞远离上止点向下止点运行时）喷油器将燃油喷入燃烧室内，然后随着废气进入到氧化催化转化器（DOC）中燃烧，提高排气温度，该技术主要使用在国六轻型卡车上。此技术的最大问题点是，在喷射中燃油容易吸附在气缸壁上，然后随着活塞的运行进入到油底壳，导致机油变质，缩短了机油的更换周期。所以未来中、重型卡车上主要使用的是DPM技术。

图4 喷油器燃油后喷技术路线

DPM接收到发动机电控单元/尿素喷射控制单元（ECU/DCU）主动再生请求时，从低压燃油管路，将燃油引入到DPM燃油计量单元（MU），DPM燃油计量单元接收到ECU/DCU信号，通过燃油加料阀将一定量的燃油引入到钢制油管内。当下游钢制油管内燃油的压力高于2.6 bar（1 bar=100 kPa）时，DPM燃油喷射单元（IU）将燃油喷射到排气管中。

DPF再生时机的选择，最初是由车辆行驶里程、发动机运行时间、固定排气背压限值等决定。但是在国六阶段通常使用烟度模型来判定是否需要再生，即通过模型计算DPF内积累到了一定量的炭烟时，ECU/DCU控制DPF进行再生。国六阶段的柴油机通常3种再生方式同时使用，以确保DPF有效的运行。

2 温度提升原理

DPF主动再生时，最重要的限制条件是DPF的进口温度，当进口温度高于600 ℃时，DPF主动再生就会进行。而DPM的作用就是使DPF的进口温度达到600 ℃以上。

如图5所示，DPM主要是通过向排气管中喷射燃油，使燃油在排气管中燃烧，以提高排气管中废气的温度，进而达到DPF的目标温度，使主动再生可以顺利进行。温度提升分为以下2个阶段。

图5 DPM布局图

（1）提升DOC前端的温度。当需要进行主动再生时，排气温度传感器检测DOC前端温度，当温度小于350 ℃～400 ℃时，发动机通过缸内措施（如喷油提前角的调节等）提升排气温度达到350 ℃左右，以充分激活DOC的转换效率。

（2）提升进入到DPF的废气温度。当排气温度传感器检测到排气温度高于350 ℃～400 ℃时，DPM在DOC上游喷射燃油。喷射的燃油在排气管内与尾气充分混合以形成充分均匀的分布状态，混合状态的燃油在DOC尾部燃烧，将排气温度加热至600 ℃左右，DPF捕捉到的颗粒物在高温下燃烧消除掉。

需要注意的是，当有再生请求时，DOC前端的温度一般是通过发动机措施才能得到提升，而DOC前端温度到DPF前端的温度，只有通过DPM才能得到提升。在主动再生时，当DOC前端温度高于250 ℃时，ECU/DCU就会控制DPM燃油喷射单元向排气管中喷射燃油。

3 DPM的组成及部件作用

DPM主要由DPM燃油计量单元和DPM燃油喷射单元组成。

3.1 DPM燃油计量单元

DPM燃油计量单元主要由切断阀、上游压力与温度传感器、计量阀及下游压力传感器等组成（图6）。3.1.1 切断阀切断阀的主要作用是切断或开启燃油流道，从而为系统或管路漏油作保护用。

图6 DPM燃油计量单元的结构组成

3.1.2 上游压力与温度传感器

上游压力与温度传感器中的压力传感器用于感知油压并作为再生油量计量功能的输入，进而决定计量阀的开度。而其温度传感器用于在不同油温下对需求燃油喷射量的修正。

3.1.3 计量阀

基于需求的再生油量及油压，决定相应的计量阀开度。

3.1.4 下游压力传感器

下游压力传感器用于系统故障检测。例如下游管路泄漏，此时下游压力传感器检测系统的压力低于2.6 bar，接近于大气压力，此时可以判定下游管路泄漏。

3.2 DPM燃油喷射单元

DPM燃油喷射单元为纯机械结构，其喷油器的开启和关闭只受压力控制，喷油器的开启压力为2.6 bar。为了防止DPM燃油喷射单元长期接触高温而失效，DPM燃油喷射单元用冷却液进行冷却。DPM燃油喷射单元功能如下。

（1）DPM燃油喷射单元安装在排气管上，其喷油器用于将低压油路的燃油输送至排气管中。

（2）喷油器为弹簧机械阀，当油压大于其开启压力时，喷油器进行燃油喷射；当油压降低时，喷油器停止燃油喷射。