基于發(fā)動機的DPF再生控制技術(shù)研究

張震亞

摘 要：本文根據(jù)目前DPF的再生技術(shù)問題，對于發(fā)動機的DPF再生控制技術(shù)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(guān)單位進行參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機；DPF；再生控制

柴油發(fā)動機存在排放上的難點，在柴油發(fā)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(huán)境具有較嚴重的污染，只依靠發(fā)動機內(nèi)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(fā)動機技術(shù)的必然選擇。

因為柴油發(fā)動機的空燃很高，不能采用汽油發(fā)動機的三效催化裝置對于柴油發(fā)動機的排放物質(zhì)開展高效凈化，而微粒過濾措施則是對柴油發(fā)動機的微粒排放進行有效處理的最佳技術(shù)之一。對于轎車的柴油發(fā)動機而言，優(yōu)良的再生控制技術(shù)應(yīng)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(chǎn)生較大的干擾。

1.DPF氧化催化及微粒捕捉技術(shù)

和汽油發(fā)動機的排放物進行對比，柴油發(fā)動機產(chǎn)生的污染排放物質(zhì)中主要的成分包含微粒物質(zhì)，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(zhì)和過濾物質(zhì)的重生則是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當處理裝置運行過程中，過濾物質(zhì)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(zhì)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(fā)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(shù)問題為過濾物質(zhì)的重生，在許多柴油發(fā)動機的微粒捕捉裝置重生技術(shù)中，不考慮過濾物質(zhì)連續(xù)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(jiān)測和控制。柴油發(fā)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(shù)都會對過濾物質(zhì)的重生產(chǎn)生作用，因此按照柴油發(fā)動機的運行規(guī)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(guān)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(tǒng)具有的基本風險在于控制系統(tǒng)以及DOC+DPF自身。如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)難題將會迅速對后處理系統(tǒng)執(zhí)行設(shè)備的反應(yīng)產(chǎn)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(tǒng)對輸入信號的接收如果出現(xiàn)故障也有可能使得后處理系統(tǒng)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(fā)生，如果DPF系統(tǒng)的內(nèi)部積碳數(shù)量過大時溫度不能根據(jù)實際情況進行有效管理，也有很大可能會讓積碳反應(yīng)速度加快，從而讓DPF內(nèi)部溫度梯度過大出現(xiàn)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(tǒng)和DOC+DPF溫度控制的風險規(guī)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(fā)生時或者當預測到危險馬上會出現(xiàn)時，應(yīng)當迅速中斷再生，防止整個系統(tǒng)出現(xiàn)損壞。而整個再生保護策略的核心是對有可能出現(xiàn)的危險進行科學有效的預測，通過對系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)部件的耐久性試驗，根據(jù)取得的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)分析判斷關(guān)鍵部位的參數(shù)可以順利運轉(zhuǎn)的允許界限，并且根據(jù)分析結(jié)果作為執(zhí)行保護控制的觸發(fā)因素。需要執(zhí)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(xiàn)燃油消耗數(shù)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(fā)動機或后處理系統(tǒng)控制單元監(jiān)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(chǎn)生主動再生關(guān)鍵構(gòu)件HC噴射系統(tǒng)的破壞，判斷最高的燃油溫度必須對HC噴射泵、噴嘴相關(guān)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(yīng)單位處得到相關(guān)數(shù)據(jù)，再生過程中如果出現(xiàn)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(fā)生。

2.2.3系統(tǒng)部件問題

如果后處理系統(tǒng)控制器監(jiān)測到主動再生系統(tǒng)部件或傳感部件發(fā)生故障時，必須中斷再生。如果系統(tǒng)構(gòu)件比如HC噴射系統(tǒng)或傳感部件發(fā)生故障時，假如繼續(xù)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(nèi)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(xiàn)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(yīng)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(xù)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(jù)DTI試驗的結(jié)果或者聯(lián)系相關(guān)廠家得到合適的積碳水平數(shù)據(jù)。

3.1.2適合的DPF進口溫度

主動再生控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)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(xù)階段以及柴油發(fā)動機的燃油經(jīng)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(guān)鍵環(huán)節(jié)，HC噴射應(yīng)當研究系統(tǒng)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(fā)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(yīng)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(nèi)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(tài)平衡，實現(xiàn)DPF的連續(xù)再生。柴油發(fā)動機不斷產(chǎn)生NOx，不過必須控制科學有效的排氣溫度才能使反應(yīng)繼續(xù)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(nèi)反應(yīng)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(yīng)溫度，該反應(yīng)在400℃左右開始發(fā)生，在500℃以上明顯發(fā)生。根據(jù)研究可知在（300～400）℃范圍內(nèi)，微粒濃度隨溫度升高具有輕微降低趨勢，主要以NO2反應(yīng)為主，高于400℃后O2反應(yīng)則會起到關(guān)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(fā)動機工作在較大負荷工況下O2的再生起主要作用。

4.結(jié)論

對于柴油發(fā)動機的尾氣排放顆粒物質(zhì)處理而言，可以采用DPF再生控制技術(shù)對顆粒物質(zhì)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(fā)動機的發(fā)展而言是具有深遠意義的。

參考文獻：

[1]韋雄，冒曉建，祝軻卿，等.基于機內(nèi)技術(shù)的DPF再生控制策略研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2013，44（11）：1-5.

[2]萬桂芹，秦肖肖.DPF再生技術(shù)的分析和研究[J].輕型汽車技術(shù)，2013（3）：5-9.