輕型柴油車DTI工況整車驗證方法

涂紫鵬 劉宇

摘要：隨著中國排放法規逐步的加嚴，輕型柴油車在國五法規階段已經開始增加DPF裝置（顆粒捕集器），用來過濾發動機排出的碳顆粒，限制PM（顆粒物質量）和PN（顆粒物數量）的尾管排放，目前各大主流車企輕型商用車在國六階段也沿用了該技術，但不同的車企由于布置差異，DPF體積并不一樣，因此DPF可容納的最大碳載量各異，本文對輕型柴油車DPF最大碳載量和再生入口溫度確定提供一種整車上的驗證方法。

關鍵詞：輕型柴油車;DPF;再生;DTI

中圖分類號：U467.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0036-02

0? 引言

如何有效地協同凈化輕型柴油車尾氣中的PM排放，增加DPF裝置是解決方向。隨著排放法規要求加嚴，這種技術還會繼續得到沿用，目前國內有實力的車企對于DPF的最大碳載量和再生入口溫度會選擇發動機臺架測試，行業內叫做DTI（Drop to idle）工況試驗，但此試驗周期長，費用大，限制了規模小的主機廠做這種驗證，DPF最大碳載量和再生入口溫度如果沒有得到有效且準確的確定，對于后期開發階段或量產后可能會出現嚴重的故障，比如碳載量和再生溫度設置不合理導致DPF超溫燒蝕，排放超標等問題。為解決此問題，提供一種在整車上進行的DTI驗證方法，已達到周期短、成本低且驗證有效的應用目的，以期對汽車行業DPF驗證提供借鑒和參考。

1? 法規要求

國家環保部2013年9月17日發布輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）GB18352.5-2013，其中對PM的限值要求由國四階段的0.06g/km下降到0.0045g/km，加嚴了92.5%，同時新增PN限值要求，原國四排放的發動機已不能通過EGR廢棄循環系統徹底解決達標，需后處理系統增加DPF裝置從而起到捕集PM和PN的作用，對DPF裝置的最大碳載量和再生入口溫度研究成為行業內的重點。

2? 行業內普遍采用的DTI工況試驗方法

目前對DPF碳載量驗證的DTI工況試驗方法各主機廠采用發動機臺架驗證，驗證方法主要是：①首先確定驗證工況點矩陣，不同的入口溫度對應的不同碳載量矩陣;②對DPF硬件進行改制，增加不同位置的熱電偶;③按照各矩陣點在裝載了DPF的發動機臺架上對某個碳載量比如5g/L進行加載;④不同的DPF大小加載的時間會有差異，為了加快加載時間會適當的對發動機裸排的PM值進行調高;⑤加載完成后需進行稱重已確定是否按設定目標進行加載;⑥完成后開始進入穩態工況，觸發DPF再生（發動機缸內后噴油量）;⑦在短時間內馬上進行怠速（idle），后噴油關閉;⑧DPF內部將經歷一次升溫過程，由熱電偶進行監控記錄溫度隨時間的變化;⑨結束后將數據進行保存形成一組數據;⑩重復1-9步驟直到所有點結束。

發動機臺架試驗方法的優勢在于DPF加載可控，可按預想的速度和時間進行加載，同時降到怠速可以通過ECU進行精準控制，但時間周期和試驗成本代價較大，一般需花費1～2個月，上百萬試驗費用，原因在于發動機臺架需要租借有資質的發動機臺架試驗室，消耗的資源大。為了給行業解決這個問題，提供一種新的方法，在整車上進行測試，可以在道路上完成，靈活性高，所有車企都可進行。

3? 整車DTI工況試驗方法

3.1 試驗軟/硬件準備

①在后處理總成中，DPF部分需要做成可快速拆裝的模塊化形式;②溫度熱電偶的布置也需要做成模塊化，采用K型熱電偶（直徑0.8mm）;③熱電偶從DPF出口端插入，安裝過程中避免損壞出口通道導致碳顆粒泄露，傳感器的布置圖如圖1所示;④布置在DPF邊緣的熱電偶周圍要有開孔通道;⑤稱重用的秤;⑥DPF再生的標定策略。

3.2 DPF預處理

建議在整車上運行數小時，以激活后處理總成。并結合再生模式運行1小時左右以保證DPF內部累計碳顆粒的深度去除（時間可以根據實際情況調整），DPF必須事先安裝好所有相應的熱電偶，如圖2所示。

3.3 DTI試驗前準備（稱重/碳加載）

3.3.1 確定新鮮DPF封裝單元的重量

稱重注意事項：

①確保每次稱重讀取數值的時刻都在同一溫度下（建議稱重溫度是在停機后能夠較容易達到的溫度，建議約200°C），以DPF正中間的溫度熱電偶為基準。②務必保證每次DPF封裝單元的稱重流程的一致性。

3.3.2 碳加載流程

通過調節整車上發動機參數使得排氣達到以下穩定狀態，使得碳排放量大概在5～10g/hr的水平，DPF前排溫需維持在小于250℃，稱重，確認是否加載到目標碳載量，未達到目標碳載量，繼續加載，已達到目標碳載量，確認。

3.3.3 DTI試驗操作流程

①讓整車運行在中等轉速/低負荷情況，50km/h以下，使得整個系統逐漸趨于穩定，其間需要注意兩點：DPF之前的溫度不能太高（建議<250℃）;盡量避免在DPF上再額外加載多余碳顆粒的工況。

②升溫：根據現有再生策略提高DPF進口溫度直至目標值，如圖3所示。

③待機：升溫直至DPF前端溫度達到目標再生溫度時刻左右（整個過程需要標定工程師配合），駕駛員松開油門，將發動機負荷和轉速降低到怠速狀態（過程一般需要10～15s）。

④DPF除碳步驟。使用全負荷工況并結合再生模式運行1小時左右以保證DPF內部碳顆粒的深度清除（時間可以根據實際情況調整）。

⑤DPF載體完好性測試。在完成DPF碳顆粒去除后，可以通過以下手段對DPF完好性作出判斷：1）可以通過將DPF的溫度測量值與DPF溫度建議運行窗口數值作對比來做初步判斷，如圖4。2）通過排放測試循環（PM質量數/顆粒數）來檢測DPF的完整性。

4? 目標參數設定

試驗前需確定試驗參數，設定多個碳載量和多組T5溫度，表中每一行作為一個測試循環，需完整記錄表中數據（如表1 數據記錄表），按要求整理和分析數據。

5? 結論

盡管發動機臺架DTI工況測試已得到行業內認可，但受周期和成本所限，并不能推廣，隨著國家排放法規越來越嚴，DPF裝置將會越來越重要，因此本次提供的整車測試方法是一種適用于所有主機廠的規范，目前有車企已經成功得到應用，也得到了國內標定公司的數據認可，給標定提供了有效的數據參考，應用價值大。

參考文獻：

[1]GB18352.5—2013，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）[S].

[2]QC/T829-2019，柴油車排氣后處理系統技術條件[S].

[3]王丹.柴油機微粒捕集器及其再生技術研究[D].吉林大學，2013.