涂紫鹏 刘宇

摘要：随着中国排放法规逐步的加严，轻型柴油车在国五法规阶段已经开始增加DPF装置（颗粒捕集器），用来过滤发动机排出的碳颗粒，限制PM（颗粒物质量）和PN（颗粒物数量）的尾管排放，目前各大主流車企轻型商用车在国六阶段也沿用了该技术，但不同的车企由于布置差异，DPF体积并不一样，因此DPF可容纳的最大碳载量各异，本文对轻型柴油车DPF最大碳载量和再生入口温度确定提供一种整车上的验证方法。

关键词：轻型柴油车;DPF;再生;DTI

中图分类号：U467.1                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0036-02

0  引言

如何有效地协同净化轻型柴油车尾气中的PM排放，增加DPF装置是解决方向。随着排放法规要求加严，这种技术还会继续得到沿用，目前国内有实力的车企对于DPF的最大碳载量和再生入口温度会选择发动机台架测试，行业内叫做DTI（Drop to idle）工况试验，但此试验周期长，费用大，限制了规模小的主机厂做这种验证，DPF最大碳载量和再生入口温度如果没有得到有效且准确的确定，对于后期开发阶段或量产后可能会出现严重的故障，比如碳载量和再生温度设置不合理导致DPF超温烧蚀，排放超标等问题。为解决此问题，提供一种在整车上进行的DTI验证方法，已达到周期短、成本低且验证有效的应用目的，以期对汽车行业DPF验证提供借鉴和参考。

1  法规要求

国家环保部2013年9月17日发布轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）GB18352.5-2013，其中对PM的限值要求由国四阶段的0.06g/km下降到0.0045g/km，加严了92.5%，同时新增PN限值要求，原国四排放的发动机已不能通过EGR废弃循环系统彻底解决达标，需后处理系统增加DPF装置从而起到捕集PM和PN的作用，对DPF装置的最大碳载量和再生入口温度研究成为行业内的重点。

2  行业内普遍采用的DTI工况试验方法

目前对DPF碳载量验证的DTI工况试验方法各主机厂采用发动机台架验证，验证方法主要是：①首先确定验证工况点矩阵，不同的入口温度对应的不同碳载量矩阵;②对DPF硬件进行改制，增加不同位置的热电偶;③按照各矩阵点在装载了DPF的发动机台架上对某个碳载量比如5g/L进行加载;④不同的DPF大小加载的时间会有差异，为了加快加载时间会适当的对发动机裸排的PM值进行调高;⑤加载完成后需进行称重已确定是否按设定目标进行加载;⑥完成后开始进入稳态工况，触发DPF再生（发动机缸内后喷油量）;⑦在短时间内马上进行怠速（idle），后喷油关闭;⑧DPF内部将经历一次升温过程，由热电偶进行监控记录温度随时间的变化;⑨结束后将数据进行保存形成一组数据;⑩重复1-9步骤直到所有点结束。

发动机台架试验方法的优势在于DPF加载可控，可按预想的速度和时间进行加载，同时降到怠速可以通过ECU进行精准控制，但时间周期和试验成本代价较大，一般需花费1～2个月，上百万试验费用，原因在于发动机台架需要租借有资质的发动机台架试验室，消耗的资源大。为了给行业解决这个问题，提供一种新的方法，在整车上进行测试，可以在道路上完成，灵活性高，所有车企都可进行。

3  整车DTI工况试验方法

3.1 试验软/硬件准备

①在后处理总成中，DPF部分需要做成可快速拆装的模块化形式;②温度热电偶的布置也需要做成模块化，采用K型热电偶（直径0.8mm）;③热电偶从DPF出口端插入，安装过程中避免损坏出口通道导致碳颗粒泄露，传感器的布置图如图1所示;④布置在DPF边缘的热电偶周围要有开孔通道;⑤称重用的秤;⑥DPF再生的标定策略。

3.2 DPF预处理

建议在整车上运行数小时，以激活后处理总成。并结合再生模式运行1小时左右以保证DPF内部累计碳颗粒的深度去除（时间可以根据实际情况调整），DPF必须事先安装好所有相应的热电偶，如图2所示。

3.3 DTI试验前准备（称重/碳加载）

3.3.1 确定新鲜DPF封装单元的重量

称重注意事项：

①确保每次称重读取数值的时刻都在同一温度下（建议称重温度是在停机后能够较容易达到的温度，建议约200°C），以DPF正中间的温度热电偶为基准。②务必保证每次DPF封装单元的称重流程的一致性。

3.3.2 碳加载流程

通过调节整车上发动机参数使得排气达到以下稳定状态，使得碳排放量大概在5～10g/hr的水平，DPF前排温需维持在小于250℃，称重，确认是否加载到目标碳载量，未达到目标碳载量，继续加载，已达到目标碳载量，确认。

3.3.3 DTI试验操作流程

①让整车运行在中等转速/低负荷情况，50km/h以下，使得整个系统逐渐趋于稳定，其间需要注意两点：DPF之前的温度不能太高（建议<250℃）;尽量避免在DPF上再额外加载多余碳颗粒的工况。

②升温：根据现有再生策略提高DPF进口温度直至目标值，如图3所示。

③待机：升温直至DPF前端温度达到目标再生温度时刻左右（整个过程需要标定工程师配合），驾驶员松开油门，将发动机负荷和转速降低到怠速状态（过程一般需要10～15s）。

④DPF除碳步骤。使用全负荷工况并结合再生模式运行1小时左右以保证DPF内部碳颗粒的深度清除（时间可以根据实际情况调整）。

⑤DPF载体完好性测试。在完成DPF碳颗粒去除后，可以通过以下手段对DPF完好性作出判断：1）可以通过将DPF的温度测量值与DPF温度建议运行窗口数值作对比来做初步判断，如图4。2）通过排放测试循环（PM质量数/颗粒数）来检测DPF的完整性。

4  目标参数设定

试验前需确定试验参数，设定多个碳载量和多组T5温度，表中每一行作为一个测试循环，需完整记录表中数据（如表1 数据记录表），按要求整理和分析数据。

5  结论

尽管发动机台架DTI工况测试已得到行业内认可，但受周期和成本所限，并不能推广，随着国家排放法规越来越严，DPF装置将会越来越重要，因此本次提供的整车测试方法是一种适用于所有主机厂的规范，目前有车企已经成功得到应用，也得到了国内标定公司的数据认可，给标定提供了有效的数据参考，应用价值大。

参考文献：

[1]GB18352.5—2013，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）[S].

[2]QC/T829-2019，柴油车排气后处理系统技术条件[S].

[3]王丹.柴油机微粒捕集器及其再生技术研究[D].吉林大学，2013.