直噴汽油機(jī)高效顆粒捕集器技術(shù)及控制策略研究

摘要： 為了適應(yīng)國(guó)家排放法規(guī)對(duì)汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物監(jiān)測(cè)粒徑逐漸減小的要求，根據(jù)汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)排放開(kāi)發(fā)目標(biāo)，設(shè)計(jì)不同的汽油機(jī)顆粒捕集器（GPF）技術(shù)方案，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)、轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)的測(cè)試選型確定捕集效率高、背壓小的最優(yōu)方案。建立了基于發(fā)動(dòng)機(jī)原排和壓差的GPF控制策略，結(jié)合GPF測(cè)試選型數(shù)據(jù)標(biāo)定GPF碳載量模型、再生效率模型等，實(shí)現(xiàn)再生工況識(shí)別并協(xié)調(diào)再生控制。通過(guò)WLTC排放循環(huán)驗(yàn)證GPF控制策略，最優(yōu)方案的捕集效率滿(mǎn)足排放開(kāi)發(fā)目標(biāo)，有效降低了汽油直噴汽油機(jī)的顆粒物排放。

關(guān)鍵詞： 直噴式汽油機(jī)；顆粒捕集器；控制策略；再生效率；過(guò)濾效率

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.04.008

中圖分類(lèi)號(hào)：TK411.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號(hào)： 1001-２２２２（２０24）０4-００54-０7

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的重要性已經(jīng)被提到前所未有的高度，隨著GB18352.6—2016《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)試方法（中國(guó)第六階段）》［1］的實(shí)施，所采用的世界輕型車(chē)測(cè)試循環(huán)工況（WLTC）、隨機(jī)駕駛排放（RDE）測(cè)試循環(huán)使汽油機(jī)減排面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于具有較好的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，汽油直噴渦輪增壓（TGDI）發(fā)動(dòng)機(jī)得到越來(lái)越廣泛的使用。據(jù)估計(jì)，歐洲40%～60%的汽油機(jī)是TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)［2］，而國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠(chǎng)也都量產(chǎn)了TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)，高效率TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)也在同步開(kāi)發(fā)過(guò)程中。TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)、加速時(shí)產(chǎn)生大量的顆粒物，而在穩(wěn)態(tài)催化劑加熱過(guò)程中，為了使催化劑盡快達(dá)到起燃溫度，采取了增加噴油量及推遲點(diǎn)火等措施，使得混合氣過(guò)濃，燃燒質(zhì)量惡化［3］，也造成顆粒物排放增加。因此，降低TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物排放一直是重要的研究課題。針對(duì)TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放產(chǎn)生的機(jī)理和特點(diǎn)，目前的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要采用提高噴射壓力、優(yōu)化調(diào)整點(diǎn)火及噴油正時(shí)等措施，但仍然無(wú)法滿(mǎn)足法規(guī)對(duì)顆粒物排放的要求，因此必須采用有效的后處理裝置。

汽油機(jī)顆粒捕集器（GPF）被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放最有效、最可靠的技術(shù)［4］，通過(guò)捕集汽油機(jī)燃燒產(chǎn)生的炭煙顆粒物并使其再生，以達(dá)到減少尾氣中顆粒物的目的。目前在用的GPF技術(shù)主要針對(duì)粒徑23 nm以上的顆粒物，緊耦式GPF空載時(shí)捕集效率為50%～60%，底盤(pán)式GPF空載時(shí)捕集效率為60%～80%，雖然可以滿(mǎn)足國(guó)6b WLTC循環(huán)試驗(yàn)限值要求，但難以滿(mǎn)足RDE循環(huán)試驗(yàn)限值和即將實(shí)施的歐7排放法規(guī)（顆粒物粒徑的定義由23 nm降低到10 nm）的要求。因此，研究高效的GPF技術(shù)勢(shì)在必行。

本研究結(jié)合某TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)排放的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)GPF后處理系統(tǒng)，對(duì)氣流分布均勻性進(jìn)行仿真，通過(guò)比較不同的GPF技術(shù)方案，確定最優(yōu)方案；構(gòu)建GPF控制策略，基于測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)碳載量模型、效率模型等進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)WLTC排放循環(huán)驗(yàn)證控制策略，使GPF的捕集效率滿(mǎn)足了排放開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

1GPF后處理系統(tǒng)及設(shè)計(jì)

某款TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)匹配車(chē)型的開(kāi)發(fā)目標(biāo)，排放限值及劣化系數(shù)如表1所示。

該機(jī)型采用直列4缸、缸內(nèi)直噴、增壓中冷等技術(shù)，技術(shù)參數(shù)如表2所示。

1.1GPF后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對(duì)國(guó)家排放法規(guī)、歐7排放法規(guī)以及耐久性監(jiān)管要求，需對(duì)產(chǎn)品留出適當(dāng)工程裕度。參考成熟產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)裕度取30%，該車(chē)型TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物數(shù)量原排為3.526×1012 個(gè)/km，不滿(mǎn)足法規(guī)要求，故采用三元催化劑與GPF的組合方案。根據(jù)布置空間和滿(mǎn)足高效率、低背壓的要求，選擇堇青石后置方案［5］，總體布置方案如圖1所示。其中，三元催化劑載體前端面距離增壓器后法蘭面150 mm，GPF載體前端面距離增壓器后法蘭面1 030 mm。GPF兩端加裝壓差傳感器，監(jiān)測(cè)GPF兩端壓差，傳感器接插件固定在車(chē)體底部橫梁上。在GPF入口25.4 mm位置布置溫度傳感器，監(jiān)測(cè)GPF入口溫度。壓差信號(hào)和溫度信號(hào)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，作為GPF主動(dòng)再生控制觸發(fā)因子。

影響GPF捕集效率的因素主要包括涂覆工藝和涂層上載量。涂覆工藝有in-wall技術(shù)和on-wall技術(shù)兩種，前者是將催化劑涂覆在過(guò)濾壁內(nèi)孔的晶粒表面，后者是將催化劑涂覆在過(guò)濾孔道壁面。兩種技術(shù)均可提高GPF的捕集效率，且都會(huì)導(dǎo)致GPF背壓增加，但背壓增加的幅度不同。目前有廠(chǎng)家研究出新的涂覆工藝，既能提高GPF的捕集效率，同時(shí)GPF累碳后背壓也不會(huì)偏大，但由于這種技術(shù)的專(zhuān)利限制，具體涂覆工藝的原理并未公開(kāi)。設(shè)計(jì)的GPF上載量為75 g/L，100 g/L兩種規(guī)格，不同的GPF涂覆方案如表3所示。

1.2GPF后處理系統(tǒng)均勻性仿真

進(jìn)入后處理系統(tǒng)的氣流分布越均勻，則轉(zhuǎn)化效率越高，但GPF過(guò)濾機(jī)理決定了會(huì)產(chǎn)生較大的背壓，因此，應(yīng)使GPF具有較低的背壓，滿(mǎn)足排放和油耗的要求。評(píng)價(jià)氣流分布均勻的指標(biāo)是速度均勻性系數(shù)，定義為

γ=1-u′2=1-∑Ai（ui-）22∑Aiui=

1-∑Ai（ui-）22A。（1）

式中：Ai 為單元面積；A為整個(gè)出口的面積；ui 為分析單元的速度；為平均速度。

γ 值通常在0～1 之間，越大表示均勻性越好，一般要求其不小于0.85。入口邊界條件為入口流量560 kg/h，溫度1 120 K；出口邊界條件為壓力0.1 MPa。 GPF后處理系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。氣流速度均勻性系數(shù)為2D圖形，在云圖中無(wú)法直接顯示，為了直觀了解催化器前截面的速度均勻性，故通用速度云圖來(lái)表示。速度大小越接近，表明速度均勻性越好。圖中TWC入口氣流速度均勻性系數(shù)為0.935，大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.9。GPF入口氣流速度均勻性系數(shù)為0.959，大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.9。

2GPF測(cè)試選型

GPF載體結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

排氣通過(guò)GPF產(chǎn)生的壓差包括入口壓損、出口壓損、過(guò)濾壁的壓差及通過(guò)壁面的壓差，即

ΔP=ΔPwall+ΔPsoot+ΔPin+ΔPout，（2）

ΔPin=μQ2Vfil（α+ωs）24FL23α-2ω2，（3）

ΔPout=μQ2Vfil（α+ωs）24FL23α2，（4）

ΔPwall=μQ2Vfil（α+ωs）2ωsk0α，（5）

ΔPsoot=μQLπD2κsoot（α+ωs）2lnαα-2ω。（6）

式中：ΔP為總壓差；ΔPwall為通過(guò)過(guò)濾壁的壓差，可忽略不計(jì)；ΔPsoot為通過(guò)壁面的壓差；ΔPin為通過(guò)入口的壓差；ΔPout為通過(guò)出口的壓差；α為通道寬度；L為通道長(zhǎng)度；ωs為壁厚度；ω為碳灰層厚度。

隨著車(chē)輛運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，累積的炭煙顆粒也不斷增加，如果不能及時(shí)進(jìn)行顆粒物再生，將導(dǎo)致 GPF 通道堵塞，帶來(lái)排氣系統(tǒng)背壓升高、整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性降低等一系列問(wèn)題。因此，碳載產(chǎn)生的背壓、捕集效率是評(píng)價(jià)GPF的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)測(cè)試不同GPF后處理技術(shù)方案，評(píng)價(jià)在不同邊界條件下的背壓特性和捕集效率，從而確定最優(yōu)方案。

為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)采用AVL Dnyo Road 202/12.5 L電力測(cè)功機(jī)以及AVL735S油耗儀，測(cè)功機(jī)額定功率為220 kW，額定扭矩為525 N·m。利用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集箱采集試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下的轉(zhuǎn)速、 扭矩、負(fù)荷等參數(shù)。通過(guò)標(biāo)定工具INCA V7.2記錄發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和GPF背壓。機(jī)油和冷卻液恒溫裝置用于保證機(jī)油和冷卻液恒溫。為了驗(yàn)證后處理裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的處理效果，利用HORIBA MEXA-ONE-RS直采系統(tǒng)、HORIBA MEXA-ONE-C1稀采分析儀以及SPCS2100 PN計(jì)數(shù)器分別測(cè)量原排和后處理后廢氣組分，PN計(jì)數(shù)器還用于監(jiān)測(cè)GPF涂覆工藝和上載量對(duì)氣態(tài)污染物和顆粒物數(shù)量的影響。

2.1空載條件下GPF特性

圖5示出在空載條件下，相同涂覆量（75 g/L）情況下不同涂覆技術(shù)的壓差變化。

由圖5可以看出，在空載情況下，相同涂覆量條件下，隨著氣體流量的升高，GPF背壓不斷上升，但in-wall技術(shù)背壓增加幅度小于on-wall技術(shù)。

2.2碳加載條件下GPF特性

碳載量引起的背壓是GPF選型的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響車(chē)輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，因此需要在碳加載條件下測(cè)試不同涂覆工藝、不同上載量及涂覆長(zhǎng)度下的背壓特性。

從圖6至圖8可以看出：在相同涂覆量的碳加載情況下，in-wall技術(shù)背壓增加幅度小于on-wall技術(shù)；相同涂覆技術(shù)下，背壓隨涂覆量的減小而降低；在相同涂覆量條件下，采用on-wall涂覆技術(shù)時(shí)隨著涂覆載體長(zhǎng)度縮短，背壓降低。

2.3GPF捕集效率測(cè)試

GPF的捕集效率是測(cè)試選型的關(guān)鍵指標(biāo)，因此根據(jù)GB18352.6—2016《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)試方法（中國(guó)第六階段）》的要求進(jìn)行WLTC循環(huán)測(cè)試。試驗(yàn)轉(zhuǎn)轂采用AVL 48寸四驅(qū)底盤(pán)試驗(yàn)臺(tái)和WEISS環(huán)境倉(cāng)，排放測(cè)試采用HORIBA MEXA-7200D稀采分析儀、MEXA-7400T定容采樣系統(tǒng)、DLS-2300顆粒采樣系統(tǒng)和SPCS2100 PN計(jì)數(shù)器。試驗(yàn)車(chē)輛整備質(zhì)量為1 605 kg，基準(zhǔn)質(zhì)量為1 705 kg，最大設(shè)計(jì)質(zhì)量為1 998 kg，為第一類(lèi)車(chē)，使用滑行法加載并匹配計(jì)算換擋線(xiàn)，在相同的邊界條件下測(cè)試不同方案的捕集效率，經(jīng)過(guò)排放分析儀分析后得到試驗(yàn)結(jié)果。

顆粒物數(shù)量捕集效率測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

從圖9可以看出：相同涂覆量情況下，on-wall技術(shù)的GPF捕集效率較高；隨著涂覆量增大，GPF捕集效率提升；隨著GPF涂覆長(zhǎng)度縮短，捕集效率降低。

2.4GPF選型結(jié)論

綜合以上測(cè)試結(jié)果可知，在空載和碳加載情況下，從減小排氣背壓的角度看，in-wall技術(shù)優(yōu)于on-wall技術(shù)，而從提高捕集效率的角度看，on-wall技術(shù)優(yōu)于in-wall技術(shù)。根據(jù)搭載TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型的顆粒物數(shù)量原排，選擇捕集效率較高的on-wall技術(shù)；為了避免由此帶來(lái)的背壓增大，采用部分長(zhǎng)度涂覆，確定上載量為100 g/L、涂覆長(zhǎng)度為60%的最優(yōu)方案作為后續(xù)開(kāi)發(fā)的樣件。

3控制策略制定

為了實(shí)現(xiàn)GPF開(kāi)發(fā)樣件的控制，采用主動(dòng)/被動(dòng)再生控制結(jié)構(gòu)，構(gòu)建累碳模型、灰分學(xué)習(xí)模型和再生協(xié)調(diào)控制策略，如圖10所示。

3.1碳載量預(yù)估模型

基于設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)各工況燃燒優(yōu)化標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力、油耗及排放的最佳平衡，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況（負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、空燃比、噴油模式等）確定產(chǎn)生的炭煙量。炭煙累積在GPF過(guò)濾孔道內(nèi)、過(guò)濾壁表面，逐漸形成蛋糕層，即顆粒物層，并產(chǎn)生相應(yīng)的壓差，因此需要建立碳載量預(yù)估模型準(zhǔn)確計(jì)算 GPF 碳載量。

按照壓差的測(cè)試評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法控制發(fā)動(dòng)機(jī)工況，采用AVL483煙度計(jì)實(shí)時(shí)采集炭煙，累碳到一定時(shí)間后稱(chēng)重。利用壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)試GPF壓差，及GPF空載的壓差，從而計(jì)算出該累碳量下壓差，進(jìn)而建立壓差和累碳量模型，如圖11所示。

3.2灰分學(xué)習(xí)模型

發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸孔、曲軸及增壓器等各系統(tǒng)的潤(rùn)滑，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量油氣混合物，雖然在曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)中進(jìn)行層層過(guò)濾，但仍然有部分機(jī)油參與燃燒過(guò)程，機(jī)油添加劑產(chǎn)生的灰分會(huì)被GPF捕集。研究資料表明，GPF中不斷累積的灰分大部分是來(lái)自潤(rùn)滑油添加劑。

灰分會(huì)在GPF整個(gè)生命周期內(nèi)不斷累積，累積的灰分會(huì)提高GPF過(guò)濾效率［6-7］；再生過(guò)程無(wú)法清除灰分，因此，累積的灰分不斷擠占捕集炭煙的可用容積，隨著使用時(shí)間的增加，啟用再生的頻次逐漸增加，車(chē)輛排氣背壓增加。因此建立灰分學(xué)習(xí)模型，自適應(yīng)校正空載情況下的壓差，即當(dāng)一次再生結(jié)束時(shí)，根據(jù)碳載量判斷炭煙已完全燒盡，那么只剩下灰分產(chǎn)生的壓差。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元進(jìn)行空載壓差曲線(xiàn)模擬計(jì)算，并對(duì)以下方面加以考慮：

1）" 灰分累積量由發(fā)動(dòng)機(jī)總運(yùn)行時(shí)間決定；

2）" 發(fā)動(dòng)機(jī)總運(yùn)行時(shí)間要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷進(jìn)行加權(quán)修正；

3） 灰分累積到一定程度后會(huì)報(bào)故障；

4） 灰分累積量直接影響再生需求閥值。

3.3再生控制

當(dāng) GPF 中的碳載量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的再生限值時(shí)，ECU 將采取相應(yīng)的策略，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)達(dá)到 GPF 可再生的條件，實(shí)現(xiàn)再生［8-9］。

3.3.1再生協(xié)調(diào)

根據(jù)碳載量模型輸出的碳載量、車(chē)輛行駛里程、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間以及車(chē)輛累計(jì)油耗判斷是否需要再生，當(dāng)滿(mǎn)足再生條件時(shí)進(jìn)入再生狀態(tài)，并根據(jù)再生工況的劃分、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)判斷能否再生執(zhí)行，再生工況劃分如表4所示。當(dāng)滿(mǎn)足再生工況時(shí)，進(jìn)行再生執(zhí)行。通過(guò)過(guò)量空氣系數(shù)調(diào)節(jié)滿(mǎn)足目標(biāo)空燃比，同時(shí)使GPF溫度滿(mǎn)足碳燃燒條件，之后進(jìn)行再生過(guò)程及狀態(tài)的判斷，判斷再生是否完成或者中斷，并存儲(chǔ)狀態(tài)和記錄數(shù)據(jù)。

3.3.2再生過(guò)程判斷

再生是否完成的過(guò)程判斷主要有以下兩種，根據(jù)不同的需要進(jìn)行標(biāo)定。

1）" 基于再生有效時(shí)間計(jì)算再生完成因子（最大再生需求來(lái)源于里程/運(yùn)行時(shí)間/油耗累積）?；跁r(shí)間的再生完成因子為

φ=t1t。（7）

式中：t1是再生有效時(shí)間；t是再生完成需要的時(shí)間。

2） 基于碳累積量計(jì)算再生完成因子（最大再生需求來(lái)源于碳累積）?；趕oot的再生完成因子為

φ=m-m2m-m3。（8）

式中：m是開(kāi)始碳載量；m2是當(dāng)前碳載量；m3是再生完成碳載量。

3.3.3再生效率控制

GPF碳載量預(yù)估模型不僅可以通過(guò)壓差預(yù)估碳載量，還可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油輸出預(yù)估碳載量，即根據(jù)燃油量預(yù)估炭煙的產(chǎn)生速率，通過(guò)過(guò)量空氣系數(shù)、燃油瞬態(tài)系數(shù)、累碳修正系數(shù)、催化劑起燃系數(shù)以及起燃階段進(jìn)行修正。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，不斷地產(chǎn)生炭煙，同時(shí)GPF中炭煙不斷地燃燒。在GPF碳載量預(yù)估模型中，碳載量根據(jù)炭煙產(chǎn)生速率和炭煙燃燒速率來(lái)確定，因此，需要準(zhǔn)確地測(cè)試GPF的再生速率，包括與O2和CO2的反應(yīng)速率，炭煙和O2，CO2的反應(yīng)速率以及總的反應(yīng)速率計(jì)算如式（9）至式（13）所示。

dmsootdt=soot_eo×ηfilter-RRsoot×msoot（t），（9）

msoot_t=msoot_0×l-RRsoot×t+soot_e0RRsoot×

ηfilter×（1-l-RRsoot×t），（10）

RRsoot=RRCO2+RRO2，（11）

RRCO2=f1（［CO2］）×A1×l-Ea1RT=

fCO2（［CO2］，T），（12）

RRO2=f2（［O2］）×A2×l-Ea2RT=fO2（［O2］，T）。（13）

式中：soot_eo為發(fā)動(dòng)機(jī)碳載量；ηfilter為過(guò)濾效率；RRsoot為總速率；RRCO2為與CO2反應(yīng)速率；RRO2為與O2反應(yīng)速率；Ea為活化能；R為常數(shù)。

在固定過(guò)量空氣系數(shù)和轉(zhuǎn)速的情況下，增大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，測(cè)試GPF初始質(zhì)量、結(jié)束質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)原排累碳量等參數(shù)。然后改變過(guò)量空氣系數(shù)，重復(fù)試驗(yàn)，標(biāo)定結(jié)果如圖12至圖13所示。

4控制策略驗(yàn)證

根據(jù)GPF測(cè)試評(píng)價(jià)選定的方案，驗(yàn)證GPF的控制策略，通過(guò)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)定后的數(shù)據(jù)以及GPF捕集效率能否達(dá)到工程目標(biāo)。采用上述的轉(zhuǎn)轂和排放試驗(yàn)設(shè)備，將GPF控制策略及標(biāo)定的數(shù)據(jù)利用標(biāo)定軟件下載到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中。試驗(yàn)車(chē)輛使用滑行法加載，匹配計(jì)算換擋線(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后得到顆粒物數(shù)量模態(tài)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果。

顆粒物數(shù)量循環(huán)數(shù)據(jù)如圖14所示。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，累積的炭煙占據(jù)過(guò)濾壁，GPF的過(guò)濾效率逐漸提升。車(chē)輛原排顆粒物數(shù)量為3.526×1012個(gè)/km，而尾排顆粒物數(shù)量排放為3.445×1011個(gè)/km，轉(zhuǎn)化效率為90.5%，大于設(shè)定的轉(zhuǎn)化效率（85%），最終排放值低于4.2×1011個(gè)/km的工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)排放開(kāi)發(fā)目標(biāo)，設(shè)計(jì)不同的GPF后處理技術(shù)方案，通過(guò)測(cè)試評(píng)價(jià)確定最優(yōu)的技術(shù)方案，將測(cè)試數(shù)據(jù)作為控制策略基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和標(biāo)定邊界。

測(cè)試不同GPF技術(shù)方案發(fā)現(xiàn)，在空載和碳加載情況下，相比較in-wall技術(shù)，on-wall技術(shù)背壓增加較大，但是捕集效率比in-wall技術(shù)高。

建立了基于壓差和發(fā)動(dòng)機(jī)原排的GPF控制策略，并對(duì)碳載量模型、再生速率模型參數(shù)化；識(shí)別再生工況進(jìn)行再生控制，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架、轉(zhuǎn)轂驗(yàn)證，結(jié)果表明，GPF捕集效率和顆粒物數(shù)量排放滿(mǎn)足工程目標(biāo)，同時(shí)驗(yàn)證了控制策略的正確性和有效性。通過(guò)高效GPF技術(shù)開(kāi)發(fā)解決了直噴渦輪增壓汽油機(jī)顆粒物數(shù)量污染物的問(wèn)題，為達(dá)到國(guó)6b及歐7排放奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：

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High Efficiency Particulate Filter for Gasoline Direct Injection Engine and Its Control Strategy

MA Biao1，ZHONG Qiuyue1，HU Shuai1，SUN Yu2，TENG Qin2

（1.An Hui Jiang Huai Auto Mobile Co.，Ltd.，Hefei230601，China；2.School of Automotive and Transportation Engineering，Hefei University of Technology，Hefei230009，China）

Abstract： In order to meet the requirements of China emission regulation for reducing the particle size of gasoline direct injection engines， different gasoline particulate filter （GPF） technology schemes were designed based on emission development goals， and the optimal scheme with high capture efficiency and low back pressure was determined through test bench and hub testing. The GPF strategy was established based on engine raw emission and pressure difference， the carbon load model and regeneration efficiency model were calibrated according to GPF test data， and the identification of regeneration conditions and regeneration control were realized. The control strategy was verified through the WLTC emission cycle. The capture efficiency of the optimal GPF met the requirements of emission target， which reduced PN pollutants of gasoline direct Injection engine effectively.

Key words： gasoline direct injection engine;particulate filter;control strategy;regeneration efficiency;filtration efficiency

［編輯： 姜曉博］