贺继龄，蓝贤清，张玉香

（湖南猎豹汽车股份有限公司，湖南 长沙 410100）

为了解决柴油发动机排放颗粒物污染环境，增加DPF（Diesel Particulate Filter柴油颗粒过滤器） 是目前采用的主要方法，DPF通常安装在DOC （Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化器） 之后，主要作用是捕获柴油发动机里燃烧之后的颗粒排放物，防止发动机排放物污染大气，当排放颗粒达到EMS （Engine Management System） 系统设定再生阈值后，激活主动再生模式将碳颗粒烧掉，EMS系统控制策略由正常模式切换到再生模式，采用缸内二次再生后喷方法来提高DPF入口温度，使其温度达到再生临界温度，将其碳颗粒在催化剂条件下燃烧变成CO2和水随尾气排到大气中，降低背压，恢复DPF初始状态，使EMS系统进入新的循环，DPF周而复始工作，保证车辆正常行驶。

在大多数驾驶情况下，车辆再生都能正常进行，然而当车辆较长时间在低温环境低速行驶，或较长时间内多次驾驶较短距离时，尽管EMS系统进入了再生模式，由于环境温度低、散热快，或者车速低，或者多次短距离行驶，或前面几种情况叠加，DPF入口温度难以达到再生临界温度；或在一个再生周期内DPF入口温度达到再生临界温度的平均时间比较短，在一个再生周期内，DPF再生受阻，出现DPF再生中断现象，碳载量逐渐增多，发动机背压增高，输出功率和扭矩逐渐降低，发动机出现限速限扭等情况，甚至发生DPF堵塞，出现发动机无法启动等极端情况。

为了解决车辆较长时间在低温环境低速行驶，或较长时间内多次驾驶较短距离，DPF入口温度没有达到再生临界温度，或者达到再生临界温度的平均时间较短，不能实现再生或再生没有完成，出现DPF再生中断，不能周期性降低背压，不能恢复DPF初始状态的问题，需要采取下列方法来减少DPF再生中断，甚至消除DPF再生中断现象。

1 提高DPF入口温度

1.1 加保温套

对于分离式DOC和DPF而言，DOC出口到DPF入口通常有几十厘米长的过渡管道，提升DPF入口温度所需热量都是通过DOC和几十厘米的过渡管道传递来的，几十厘米的过渡管道会将热量散出而减缓DPF入口温度的提升，为了快速提升DPF入口温度，采用加保温套的方法，即在过渡管道外加一层保温套，使DOC产生的热量和通过DOC传递来的热量尽可能高效传递到DPF入口。保温套的作用有2个：第1，升温过程，由于保温层的作用使散热减少和变慢，从而使得升温时间缩短，升温速度加快；第2，保温过程，在再生过程中，车速有变化，再生后喷和再生次后喷喷油量也有变化，由于有保温套的作用，能够保持DPF入口温度波动小，提高DPF入口平均温度，有利于DPF再生。

图1表示在20℃环境下，加保温套与不加保温套DPF再生时间与DPF入口温度关系图。图2表示-20℃环境下，加保温套与不加保温套DPF再生时间与DPF入口温度关系图。

图1 20℃环境下DPF再生时间与DPF入口温度关系图

图2 -20℃环境下DPF再生时间与DPF入口温度关系图

验证此实验的车辆和相关参数如下：车辆为搭载1.9L高压共轨带涡轮增压柴油皮卡车，带有配套的DOC和DPF，其中DOC到DPF的配套过渡管道长为420mm，过渡管道内径54.5mm，DOC和DPF之间的过渡管道包含150mm的柔性节，保温套为3mm厚的石棉，过渡管道全部包裹一层。

从图1和图2可以看出：第1，无论20℃或-20℃环境下，加保温套升温速度比不加保温套升温速度快、用时少，加保温套再生时间比不加保温套减小20%以上；第2，加保温套的DPF入口最高温度比不加保温套的最高温度升得高；第3，由于环境温度的差异，零下20℃的再生最高温度低于20℃的再生最高温度，零下20℃的再生时间长于20℃的再生时间。图1和图2是在道路比较平直条件下测试的。

1.2 增加再生后喷和再生次后喷喷油量

1.2.1 缸内二次再生后喷原理

柴油车DPF再生通常采用缸内二次后喷主动再生原理，当EMS系统通过DPF压差传感器检测到碳载量达到正常再生阈值后且满足再生条件时，EMS系统工作模式由正常工作模式转到再生工作模式，EMS系统通过调整主喷和增加再生后喷和再生次后喷的方法分3个步骤来提升DPF入口温度。第1，调整主喷提前角，即关闭EGR （Exhaust Gas Recirculation 废气再循环） 阀，减小主喷提前角，推后主喷来提高排气温度，也就是提高了DPF入口温度；第2，增加再生后喷，在发动机做功冲程的后部分开启再生后喷，再生后喷油量一部分在做功冲程后段时间内燃烧，燃烧热量随排气排出来提升DPF入口温度，另一部分未完全燃烧的在DOC里发生氧化反应放出热量来提升DPF入口温度；第3，增加再生次后喷，在发动机排气冲程中开启再生次后喷，此部分油量随排气排到DOC里，利用再生后喷在DOC里反应产生的高温和在DOC涂层上的催化剂作用下，再生次后喷油量在DOC里发生剧烈氧化反应，产生巨大热量随排气传递到DPF入口，提升其入口温度，达到再生临界温度或超过再生临界温度使其再生发生和完成。缸内二次后喷法不需要增加硬件，只需使用软件就可以完成，是目前DPF主动再生普遍使用的方法之一。

1.2.2 车辆多次短距离行驶情况分析

EMS系统检测到车辆较长时间内多次驾驶距离较短时，当DPF发生再生时，利用缸内二次再生后喷原理，适当增加再生后喷和再生次后喷油量来加速提高DPF入口温度，提高DPF温升时间，有利于DPF再生中断完成或减少DPF再生中断发生。

图3表示车辆多次短距离行驶正常再生喷油量，DPF入口温度与缸内再生喷油量关系图。图4表示车辆多次短距离行驶增加再生喷油量，DPF入口温度与缸内再生喷油量关系图。

图3试验的条件是20℃平原环境，EMS系统正常进入再生，按照正常再生后喷来处理，但每次行驶距离为3~5km，平均车速不大于40km/h，每次停车时间为5~30min，总的行驶次数为8次，行驶距离、车速、停车时间、行驶次数都尽量随机模拟用户情况；图4试验的条件和图3相同，每次行驶距离、车速、停车时间、总的行驶次数都尽量靠近图3的试验数据，但DPF采用增加再生喷油量来处理；从试验结果可以看出，图4相对图3，由于增加了再生后喷和再生次后喷喷油量，DPF入口温度达到再生阈值所需时间缩短，DPF再生时间减小，DPF入口最高再生温度提高，增加再生喷油量有利于DPF再生，降低DPF发生再生中断的可能。

图3 20℃短距离行驶正常喷油量再生与DPF入口温度关系图

图4 20℃短距离行驶增加再生喷油量与DPF入口温度关系图

1.2.3 车辆处于低温环境低速行驶情况分析

EMS系统检测到车辆较长时间处于低温环境且低速行驶时，当DPF发生再生时，由于车速低，DPF入口温度提升难，利用缸内二次再生后喷原理，采用增加再生后喷和再生次后喷喷油量来加速提高DPF入口温度，加快DPF升温，减少升温时间，促进DPF再生完成，减少DPF中断的发生。

图5表示低温环境车辆低速行驶正常再生，DPF入口温度与缸内再生喷油量关系图。图6表示低温环境车辆低速行驶增加喷油量再生，DPF入口温度与缸内再生喷油量关系图。

图5 -20℃低温环境车辆低速行驶正常再生喷油量与DPF入口温度关系图

图5和图6试验的环境温度都是-20℃，车辆低速行驶的速度控制在20~40km/h，对比图5和图6情况，可以看出，增加再生喷油量的情况，DPF再生的时间缩短了，DPF入口温度升温速度加快了，DPF入口的最高温度增加了，这些情况都有利于加速DPF再生完成，有利于解决车辆在低温环境低速行驶DPF再生完成，有利于减少DPF再生中断，是完善DPF再生标定的一个方向。

2 增加手动再生开关

当系统自动正常再生模式和再生中断模式都不能完整执行或碳载量超出系统警示阈值，仪表盘上的DPF警示灯就会开始闪烁，提示驾驶员DPF碳载量过载，需要包括驾驶员或4S店在内的外界干涉才能完成再生，恢复系统正常；如果驾驶员发现仪表盘上的DPF警示灯闪烁就需要将车辆驾驶到安全区域，启动手动再生程序，来完成再生，降低碳载量、降低背压，恢复DPF初始状态；手动再生模式是车辆装配了专用的按钮开关用来启动再生的，在条件满足时启动按钮开关才有效，详细使用情况参照车辆用户手册说明书进行操作。

图6 -20℃低温环境车辆低速行驶增加再生喷油量与DPF入口温度关系图

DPF警示灯闪烁表示碳载量过载了，碳载量达到了警示阈值。车辆从DPF警示灯闪烁到警示灯常亮，碳载量从警示阈值到危险阈值之间车辆行驶的距离称为DPF警示距离，DPF警示距离与车辆负载、行驶环境和路况有关。

图7表示20℃环境下平原地区DPF警示距离与车辆载重及工况的关系图，车辆载重分空载、半载和满载3种情况，车辆行驶环境和工况按市区、郊区和高速3种情况进行试验，市区平均车速不大于40km/h，郊区平均车速不大于80km/h，高速平均车速不大于120km/h。从图7可以看出无论哪种工况，载重越重警示距离越短，从高速、郊区、市区工况或车速看，工况复杂或车速越低，警示距离越短。

DPF警示灯闪烁到常亮过程中，驾驶员都可以按照相应的操作手册使用手动再生开关模式来启动手动再生功能，进行DPF再生，使DPF恢复初始状态。手动再生模式通常都有专用的按钮开关和专门的操作方法，驾驶员都可以按照说明进行。

图7 DPF警示距离与车辆载重及工况的关系图

图8表示20℃平原地区下，过载碳载量与手动再生时间关系图。图中测试了3个过载碳载量的手动再生时间，试验先把DPF碳载量累积到25g，观察到DPF警示灯闪烁，按照车辆手动再生模式操作方法进行手动再生操作，启动再生，经历再生周期，碳载量恢复到零，DPF警示灯停止闪烁，车辆恢复正常行驶；然后按照此方法分2次将碳载量累积到30g和35g进行手动再生模式验证，都能顺利启动再生模式，顺利完成再生，恢复DPF初态，说明手动再生模式有效。

图8 过载碳载量与手动再生时间关系图

手动再生操作使用的情况是小概率事件，但也是用户能够操作的唯一和最后的方法，如果仪表盘上的DPF警示灯闪烁期间驾驶员未能处理，当碳载量达到危险阈值时，DPF警示灯转为常亮，且OBD灯同时点亮，此时DPF积碳已触发危险阈值，EMS系统为了保护DPF及整车安全，自动再生模式和手动再生开关模式关闭，车辆出现限速限扭现象，驾驶员应立即到就近的4S店获取帮助来处理DPF再生问题，否则可能造成车辆停驶，发动机停启等严重后果。

3 结论

DPF再生中断是一种异常情况，从理论上讲应该杜绝此种情况发生，但实际中存在此现象，特别是目前市面上带DPF的国Ⅴ柴油车，出现DPF中断现象，甚至DPF堵塞发生。究其原因，理论与实际存在差距，车辆工况复杂多变，控制策略存在不足，标定不完善，通常都没有增设手动再生开关，对一些特别的工况考虑欠佳，如车辆较长时间在低温环境低速行驶，较长时间多次短距离行驶，DPF虽能自动进入再生模式，但由于DPF入口温度难以达到再生阈值温度或在一个再生周期内达到再生阈值温度的平均时间较短，导致DPF再生不能完成，由于各种异常工况叠加导致DPF积碳超过警示阈值或危险阈值而使车辆出现限速限扭等情况；随着DPF控制策略的完善，在特殊区域增加保温套、在特殊情况工况下增加再生喷油量、增加手动再生开关等方法来解决DPF再生中断问题，降低了DPF出现异常情况的几率，使车辆出现限速限扭、停驶等严重事件成为小概率事件。