淺談博世國六DPM+DPF技術(shù)

共軌導(dǎo)讀

2018年6月27日，國務(wù)院發(fā)布《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》（以下簡稱《行動計劃》）。《行動計劃》指出，2019年7月1日，重點區(qū)域（京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)、汾渭平原等區(qū)域）、珠三角地區(qū)、成渝地區(qū)提前實施國六排放標(biāo)準(zhǔn)，并表示自2019年1月1日起，全面供應(yīng)符合國六標(biāo)準(zhǔn)的車用汽柴油，停止銷售低于國六標(biāo)準(zhǔn)的汽柴油。隨著國六排放法規(guī)的實行，對于廣大的汽車維修人員來說，做好國六技術(shù)的學(xué)習(xí)尤為重要。今天，小軌就帶大家了解一下博世國六DPM+DPF技術(shù)。

1 為什么要使用DPM+DPF技術(shù)？

國六排放法規(guī)，不但要求顆粒物總量（PM）大幅下降，而且新增加對粒子數(shù)量（PN）的要求，這就導(dǎo)致必須使用壁流式顆粒捕捉器。

顆粒捕捉器（DPF）同POC（顆粒物催化氧化器）一樣主要用于發(fā)動機尾氣中的顆粒物捕集，但不同的是DPF采用壁流式過濾通道，廢氣只能從每個通道的壁面小孔互相“滲透”。如圖1所示，DPF由很多細小的孔道組成，相鄰孔道一端入口封閉，一端出口封閉，孔道壁面有微孔，可使氣流通過，同時捕集經(jīng)過的微粒。

圖1 DPF的結(jié)構(gòu)示意

DPF通常配合廢氣再循環(huán)裝置（EGR），安裝在柴油機的排氣管上，對排氣中的大微粒（微粒粒徑為5 μm）通過碰撞、攔截的方式進行捕集，對粒徑小于100 nm的小微粒則通過擴散方式進行捕集。這使得DPF的顆粒捕集效率高達95%以上。但隨著發(fā)動機運行時間的增加，大量的顆粒堆積并堵塞DPF，造成排氣背壓增加，導(dǎo)致發(fā)動機動力性能和經(jīng)濟性能惡化。因此，必須及時清除DPF上附著的顆粒，這就是DPF的再生（圖2）。

圖2 DPF再生前后的對比

如圖3所示，DPF再生分為被動再生和主動再生，被動再生一般是指在過濾體表面涂覆催化劑或在燃油中添加催化劑以降低顆粒的氧化反應(yīng)溫度，主動再生則是指通過外在提供能量增加排氣或過濾體的溫度，將顆粒燃燒掉。由于柴油機在很多實際工況中處于低負荷狀態(tài)，排氣溫度很低，被動再生受到一定的限制。因此主動再生成為國六階段必備的后處理技術(shù)，在國六階段的實際使用中，被動再生和主動再生是同時使用的。

圖3 DPF再生分類

主動再生主要分為噴油器燃油后噴路線和DPM（博世HCI噴射系統(tǒng)）路線。噴油器燃油后噴技術(shù)路線（圖4）是做功沖程中后期（活塞遠離上止點向下止點運行時）噴油器將燃油噴入燃燒室內(nèi)，然后隨著廢氣進入到氧化催化轉(zhuǎn)化器（DOC）中燃燒，提高排氣溫度，該技術(shù)主要使用在國六輕型卡車上。此技術(shù)的最大問題點是，在噴射中燃油容易吸附在氣缸壁上，然后隨著活塞的運行進入到油底殼，導(dǎo)致機油變質(zhì)，縮短了機油的更換周期。所以未來中、重型卡車上主要使用的是DPM技術(shù)。

圖4 噴油器燃油后噴技術(shù)路線

DPM接收到發(fā)動機電控單元/尿素噴射控制單元（ECU/DCU）主動再生請求時，從低壓燃油管路，將燃油引入到DPM燃油計量單元（MU），DPM燃油計量單元接收到ECU/DCU信號，通過燃油加料閥將一定量的燃油引入到鋼制油管內(nèi)。當(dāng)下游鋼制油管內(nèi)燃油的壓力高于2.6 bar（1 bar=100 kPa）時，DPM燃油噴射單元（IU）將燃油噴射到排氣管中。

DPF再生時機的選擇，最初是由車輛行駛里程、發(fā)動機運行時間、固定排氣背壓限值等決定。但是在國六階段通常使用煙度模型來判定是否需要再生，即通過模型計算DPF內(nèi)積累到了一定量的炭煙時，ECU/DCU控制DPF進行再生。國六階段的柴油機通常3種再生方式同時使用，以確保DPF有效的運行。

2 溫度提升原理

DPF主動再生時，最重要的限制條件是DPF的進口溫度，當(dāng)進口溫度高于600 ℃時，DPF主動再生就會進行。而DPM的作用就是使DPF的進口溫度達到600 ℃以上。

如圖5所示，DPM主要是通過向排氣管中噴射燃油，使燃油在排氣管中燃燒，以提高排氣管中廢氣的溫度，進而達到DPF的目標(biāo)溫度，使主動再生可以順利進行。溫度提升分為以下2個階段。

圖5 DPM布局圖

（1）提升DOC前端的溫度。當(dāng)需要進行主動再生時，排氣溫度傳感器檢測DOC前端溫度，當(dāng)溫度小于350 ℃～400 ℃時，發(fā)動機通過缸內(nèi)措施（如噴油提前角的調(diào)節(jié)等）提升排氣溫度達到350 ℃左右，以充分激活DOC的轉(zhuǎn)換效率。

（2）提升進入到DPF的廢氣溫度。當(dāng)排氣溫度傳感器檢測到排氣溫度高于350 ℃～400 ℃時，DPM在DOC上游噴射燃油。噴射的燃油在排氣管內(nèi)與尾氣充分混合以形成充分均勻的分布狀態(tài)，混合狀態(tài)的燃油在DOC尾部燃燒，將排氣溫度加熱至600 ℃左右，DPF捕捉到的顆粒物在高溫下燃燒消除掉。

需要注意的是，當(dāng)有再生請求時，DOC前端的溫度一般是通過發(fā)動機措施才能得到提升，而DOC前端溫度到DPF前端的溫度，只有通過DPM才能得到提升。在主動再生時，當(dāng)DOC前端溫度高于250 ℃時，ECU/DCU就會控制DPM燃油噴射單元向排氣管中噴射燃油。

3 DPM的組成及部件作用

DPM主要由DPM燃油計量單元和DPM燃油噴射單元組成。

3.1 DPM燃油計量單元

DPM燃油計量單元主要由切斷閥、上游壓力與溫度傳感器、計量閥及下游壓力傳感器等組成（圖6）。3.1.1 切斷閥切斷閥的主要作用是切斷或開啟燃油流道，從而為系統(tǒng)或管路漏油作保護用。

圖6 DPM燃油計量單元的結(jié)構(gòu)組成

3.1.2 上游壓力與溫度傳感器

上游壓力與溫度傳感器中的壓力傳感器用于感知油壓并作為再生油量計量功能的輸入，進而決定計量閥的開度。而其溫度傳感器用于在不同油溫下對需求燃油噴射量的修正。

3.1.3 計量閥

基于需求的再生油量及油壓，決定相應(yīng)的計量閥開度。

3.1.4 下游壓力傳感器

下游壓力傳感器用于系統(tǒng)故障檢測。例如下游管路泄漏，此時下游壓力傳感器檢測系統(tǒng)的壓力低于2.6 bar，接近于大氣壓力，此時可以判定下游管路泄漏。

3.2 DPM燃油噴射單元

DPM燃油噴射單元為純機械結(jié)構(gòu)，其噴油器的開啟和關(guān)閉只受壓力控制，噴油器的開啟壓力為2.6 bar。為了防止DPM燃油噴射單元長期接觸高溫而失效，DPM燃油噴射單元用冷卻液進行冷卻。DPM燃油噴射單元功能如下。

（1）DPM燃油噴射單元安裝在排氣管上，其噴油器用于將低壓油路的燃油輸送至排氣管中。

（2）噴油器為彈簧機械閥，當(dāng)油壓大于其開啟壓力時，噴油器進行燃油噴射；當(dāng)油壓降低時，噴油器停止燃油噴射。