采用缸內二次后噴再生技術的DPF入口溫度研究與驗證

賀繼齡、黃輝陽

（湖南獵豹汽車股份有限公司 410100)

缸內二次后噴DPF再生模式分2種，正常模式和再生模式。正常模式分為預噴和主噴，再生模式分為再生預噴、再生主噴、再生后噴和再生次后噴。再生后噴和再生次后噴是為了解決DPF再生時新增加的二次后噴，主要是用來提升DPF入口溫度。

針對DPF再生溫度控制難、調節難和同步難的特點，采用推后再生主噴，并增加再生后噴和再生次后噴的二次后噴，來實現DPF再生時提升和控制溫度。在硬件條件不變情況下實現DPF再生，使DPF再生可以安全、可靠的進行，同時又不產生二次污染[1]。

當EMS(Engine Management System 發動機管理系統)系統檢測到再生發生時，工作模式由正常模式切換到再生模式。再生模式開啟后，首先關閉EGR(Exhaust Gas Recirculation 廢氣再循環)閥，利用推后再生主噴來提高發動機排氣溫度；然后在發動機做功沖程的后段增加再生后噴來提高DOC入口溫度；最后，在發動機排氣沖程中增加再生次后噴提升DPF入口溫度。由于噴油量和噴油時刻是實時計算出來的，既提高了DPF入口溫度，又不存在二次污染。

1 試驗臺架系統和整車系統原理圖組成與簡要說明

如圖1所示為試驗臺架系統和整車系統原理圖，系統主要包括電控單元、共軌發動機、DOC、DPF、氧傳感器、溫度傳感器和壓差傳感器等主要部件，分別進行臺架實驗和整車試驗。

圖1 試驗臺架系統和整車系統原理圖

臺架實驗時，按照臺架系統原理圖的方法將各個設備安裝在電力臺架上，其中DOC和DPF是2個分立件，中間用柔性節連接。調試測功機、各種輔助設備和傳感器等，通過標定軟件改變相應標定數據進行各種工況實驗。比如改變再生主噴提前角測試DOC入口溫度，增加再生后噴和再生次后噴測試DPF入口溫度，固定再生主噴油量測試DPF溫度提升時間等。

整車試驗時，按照整車系統原理圖的方法在專用生產線上組成整車皮卡和進行相應下線測試，使其達到合格，然后裝上相應測試設備和軟件按照試驗任務書要求進行路試試驗。比如各種參數測試、顯示設備及實時記錄試驗過程數據等。根據系統設計和實驗實測，再生時DOC催化氧化起燃溫度為250℃，DPF再生入口溫度為600℃，正常模式各種不同工況下DPF入口溫度范圍為180℃～410℃之間，不同工況下溫度提升時間、再生后噴、再生次后噴噴油量和噴油時刻都是不同的。

2 再生主噴對DOC入口溫度的影響

當EMS系統檢測到再生發生時，工作模式由正常模式轉為再生模式，系統推后再生主噴提前角排氣溫度和提高DOC入口溫度，達到催化氧化CO和HC的起燃溫度。臺架實驗時，再生后噴和再生次后噴關閉，再生主噴推后提前角是相對正常主噴而言的。從實驗來看，推后再生主噴提前角來提升DOC入口溫度是有限的，因為受到降低扭矩限制，再生主噴提前角推后的角度與DOC入口溫度變化近似正比例關系[2]。

3 再生后噴對DOC入口溫度的影響

輕載工況，為了提高DOC入口溫度，使其達到DOC催化氧化的起燃溫度，也還需要開啟再生后噴。再生后噴發生在做功沖程的結束階段，一部分油量在缸內燃燒提高DOC入口溫度，另一部分隨排氣排出，在DOC內被催化氧化成CO2和H2O，放出熱量提高DPF入口溫度。再生后噴是根據發動機參數實時計算出來的，因此解決了輕載時DOC入口溫度低，催化氧化起燃溫度難的問題，從實驗情況看再生后噴對提高DOC入口溫度有顯著效果。

4 再生后噴和再生次后噴與DPF入口溫度升溫時間的關系

自EMS系統進入再生模式，再生后噴和再生次后噴同時開啟，DPF入口溫度就穩步提高。但不同工況、不同環境條件下，DPF入口溫度提高到設定值的時間不同，下面分別對臺架試驗和車輛處于三高（高溫、高原、高寒）地區時DPF入口溫度提溫時間進行分析。

臺架實驗時，在不同再生主噴油量情況下分別進行測試，開啟再生后噴和再生次后噴，測出DPF升溫時間，發現DPF升溫時間與再生主噴油量有關[3]。再生主噴油量小的時候，DPF升溫時間比再生主噴油量大的時候升溫時間長一些，原因是再生主噴油量少，排氣溫度相應低，達到系統設定值的時間長。

車輛在三高地區，DPF再生時入口溫度升溫時間與工況有關，工況以車速來進行區分，可分為市區車速不高于50 km/h，郊區車速不高于80 km/h，高速車速不高于120 km/h。高寒地區由于溫差大、車速低、熱量散失快及升溫時間長（高寒市區升溫時間最長）等特點，當DOC入口溫度和DPF入口溫度達到設定值后，DPF再生。為了保證DPF再生安全、可靠的進行，DPF入口溫度需要調整。剛開始再生時，DPF碳載量最多，再生時溫度上升得快，因此DPF入口溫度不宜設置太高。隨著再生進行，碳載量減少，DPF入口溫度設定值要有所提高。如圖2、3所示，在不同環境時，不同工況下維持DPF入口溫度需要的再生次后噴油量。

圖2 是高溫DPF入口溫度與再生次后噴的曲線

圖3 是高寒DPF入口溫度與再生次后噴的曲線

從圖可以看出，再生時DPF入口溫度穩定在580～620℃，再生時為了穩定DPF入口溫度，需要增加再生次后噴。再生次后噴是根據發動機工況參數和DPF傳感器值實時計算的，再加三高補償，因此不存在二次污染和排放超標的問題。

5 結束語

車輛發動機處于輕載時，DOC入口溫度較低，除推后再生主噴升溫外，還需要增加再生后噴升溫，使其達到催化氧化CO和HC的起燃溫度。發動機由正常模式進入再生模式，DPF入口溫度升溫時間與發動機工況和環境有關。車輛再生時，需要實時調節再生后噴和再生次后噴，使DPF入口溫度達到動態平衡。

[1]Bosch.《P1686_V301_1 Software documentation》.

[2]劉宏威.《采用缸內后噴和排氣管噴油的DOC輔助DPF再生技術研究》.汽車工程,2015(37),4.

[3]韋雄,冒曉建.《基于機內技術的DPF再生控制策略研究》.農業機械學報,2013,11.