基于發動機的DPF再生控制技術研究

張震亞

摘 要：本文根據目前DPF的再生技術問題，對于發動機的DPF再生控制技術進行了分析，并對再生控制策略中的安全性、再生條件進行了闡述，可供有關單位進行參考。

關鍵詞：發動機；DPF；再生控制

柴油發動機存在排放上的難點，在柴油發動機的為其排放中通過排氣裝置排除的顆粒物、氫氧化物等對周圍環境具有較嚴重的污染，只依靠發動機內部凈化措施不能達到較高排放標準的需求，因此采用排放后處理裝置也就成為了柴油發動機技術的必然選擇。

因為柴油發動機的空燃很高，不能采用汽油發動機的三效催化裝置對于柴油發動機的排放物質開展高效凈化，而微粒過濾措施則是對柴油發動機的微粒排放進行有效處理的最佳技術之一。對于轎車的柴油發動機而言，優良的再生控制技術應當使得投入的費用盡量減少，同時避免受到日常駕駛條件的局限，必須可以確保在正常的駕駛條件下進行再生，而且進行再生時還必須避免對整車的駕駛情況產生較大的干擾。

1.DPF氧化催化及微粒捕捉技術

和汽油發動機的排放物進行對比，柴油發動機產生的污染排放物質中主要的成分包含微粒物質，而微粒捕捉裝置的基本作用就是進行微粒的捕捉工作，而過濾物質和過濾物質的重生則是關鍵環節。當處理裝置運行過程中，過濾物質能夠吸收大部分污染物微粒，當污染物顆粒開始進行累計之后，過濾物質前后會出較大的壓力差，而壓力差會隨著時間更加明顯，柴油發動機排除氣體的阻礙壓力也會逐步增加，在這種情況下就必須通過有效方式對污染物微粒進行燃燒處理。

氧化催化和微粒捕捉存在的技術問題為過濾物質的重生，在許多柴油發動機的微粒捕捉裝置重生技術中，不考慮過濾物質連續重生的情況，其他情況都必須分析判斷重生的實際，而且還必須對重生的整個階段開展監測和控制。柴油發動機的排氣溫度、排除氣體的氧氣含量、排氣流速以及顆粒加載的濃度等參數都會對過濾物質的重生產生作用，因此按照柴油發動機的運行規律以及運行狀況科學確定重生措施對微粒捕捉裝置的可靠重生有著十分關鍵的意義。

2.DPF再生保護分析

2.1DPF再生過程具有的風險

DPF再生控制系統具有的基本風險在于控制系統以及DOC+DPF自身。如果控制系統出現難題將會迅速對后處理系統執行設備的反應產生不利干擾，HC噴射準確性降低，噴射量如果過大將會導致整個排氣過程的溫度過高，從而使的DPF燒毀的風險大幅度升高，同時控制系統對輸入信號的接收如果出現故障也有可能使得后處理系統無法正常運行；DOC+DPF自身具備的風險主要為不可控的再生發生，如果DPF系統的內部積碳數量過大時溫度不能根據實際情況進行有效管理，也有很大可能會讓積碳反應速度加快，從而讓DPF內部溫度梯度過大出現燒毀的情況。因此綜上所述，DPF再生過程的風險主要以控制系統和DOC+DPF溫度控制的風險規避。

2.2DPF再生保護情況

DPF的再生保護的含義是說在DPF的再生階段危險發生時或者當預測到危險馬上會出現時，應當迅速中斷再生，防止整個系統出現損壞。而整個再生保護策略的核心是對有可能出現的危險進行科學有效的預測，通過對系統各結構部件的耐久性試驗，根據取得的相關實驗數據分析判斷關鍵部位的參數可以順利運轉的允許界限，并且根據分析結果作為執行保護控制的觸發因素。需要執行再生保護的情況主要包括以下幾個方面：

2.2.1燃油量不高

主動再生過程中會出現燃油消耗數量的大幅度升高，因此會導致車輛的正常行駛里程縮短。如果整車、發動機或后處理系統控制單元監控到目前運行的車輛燃油量太少，燃油液位過低的情況下，必須及時中斷主動再生的進行，從而防止車輛因為缺少燃油導致無法正常行駛。

2.2.2燃油溫度較高

燃油溫度較高會產生主動再生關鍵構件HC噴射系統的破壞，判斷最高的燃油溫度必須對HC噴射泵、噴嘴相關傳感部件的最高工作溫度進行有效檢測，從而確保主動再生的順利開展。同時也可以在部件供應單位處得到相關數據，再生過程中如果出現燃油溫度過高的情況，必須及時中斷再生，防止意外情況的發生。

2.2.3系統部件問題

如果后處理系統控制器監測到主動再生系統部件或傳感部件發生故障時，必須中斷再生。如果系統構件比如HC噴射系統或傳感部件發生故障時，假如繼續進行再生會導致再生無法順利進行或再生過程無法得到有效控制，溫度傳感器失去作用則會導致控制單元內部接收到錯誤的溫度信息，從而導致HC噴射控制不夠精確，過多噴油會使DPF溫度過高，因此也會導致DPF出現燒毀的情況。

3.PF再生條件分析

3.1主動再生條件

3.1.1合適的碳載量

碳載量是導致DPF主動再生的因素之一，如果碳載量過大時進行再生就會導致DPF燒毀，后期碳反應無法得到控制；反之如果碳載量過小則會導致再生頻繁，從而油耗提升，而且積碳燃燒過程不完全，如果這樣的情況持續下去就會導致DPF過濾孔堵塞，排氣背壓升高同樣會使油耗水平上升。所以主動再生進行的前提情況是合適的碳載量，可以根據DTI試驗的結果或者聯系相關廠家得到合適的積碳水平數據。

3.1.2適合的DPF進口溫度

主動再生控制的關鍵環節是DPF的進口溫度控制，主動再生過程中DPF的進口溫度控制在何種范圍將會第一時間干擾到到再生的持續階段以及柴油發動機的燃油經濟性能。所以DPF主動再生的第二個條件是可以確保合理的DPF進口溫度。

3.1.3適合的HC噴射條件

HC噴射是確保主動再生階段中達到合理的DPF入口溫度的關鍵環節，HC噴射應當研究系統工作安全性和有效性的問題。

3.2被動再生條件

一般來說在柴油發動機排除的污染氣體中，NOx的基本成分是NO。而在DOC中NO在催化劑影響下被氧化成NO2，生成的NO2相應的進入DPF中氧化過濾沉積下的炭煙，排氣中的微粒物在捕集器內一邊得到過濾沉積，一邊進行氧化去除，在一定程度上保持動態平衡，實現DPF的連續再生。柴油發動機不斷產生NOx，不過必須控制科學有效的排氣溫度才能使反應繼續開展。被動再生進行的條件主要有以下幾方面：

3.2.1科學的排氣溫度

排氣溫度會直接影響載體內反應物活化性，對再生來說，NO2氧化Soot受溫度影響較小，而O2氧化Soot受溫度影響較大，O2氧化Soot依靠較高的反應溫度，該反應在400℃左右開始發生，在500℃以上明顯發生。根據研究可知在（300～400）℃范圍內，微粒濃度隨溫度升高具有輕微降低趨勢，主要以NO2反應為主，高于400℃后O2反應則會起到關鍵作用，

3.2.2科學的排氣氧濃度

被動再生過程包含有基于O2的再生，若排氣溫度較高條件下O2所占比例更大，即發動機工作在較大負荷工況下O2的再生起主要作用。

4.結論

對于柴油發動機的尾氣排放顆粒物質處理而言，可以采用DPF再生控制技術對顆粒物質進行有效吸收，并且其方案簡便易行，控制方式多樣化，而且費用不高，對于汽車柴油發動機的發展而言是具有深遠意義的。

參考文獻：

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