采用缸内二次后喷再生技术的DPF入口温度研究与验证

贺继龄、黄辉阳

（湖南猎豹汽车股份有限公司 410100)

缸内二次后喷DPF再生模式分2种，正常模式和再生模式。正常模式分为预喷和主喷，再生模式分为再生预喷、再生主喷、再生后喷和再生次后喷。再生后喷和再生次后喷是为了解决DPF再生时新增加的二次后喷，主要是用来提升DPF入口温度。

针对DPF再生温度控制难、调节难和同步难的特点，采用推后再生主喷，并增加再生后喷和再生次后喷的二次后喷，来实现DPF再生时提升和控制温度。在硬件条件不变情况下实现DPF再生，使DPF再生可以安全、可靠的进行，同时又不产生二次污染[1]。

当EMS(Engine Management System 发动机管理系统)系统检测到再生发生时，工作模式由正常模式切换到再生模式。再生模式开启后，首先关闭EGR(Exhaust Gas Recirculation 废气再循环)阀，利用推后再生主喷来提高发动机排气温度；然后在发动机做功冲程的后段增加再生后喷来提高DOC入口温度；最后，在发动机排气冲程中增加再生次后喷提升DPF入口温度。由于喷油量和喷油时刻是实时计算出来的，既提高了DPF入口温度，又不存在二次污染。

1 试验台架系统和整车系统原理图组成与简要说明

如图1所示为试验台架系统和整车系统原理图，系统主要包括电控单元、共轨发动机、DOC、DPF、氧传感器、温度传感器和压差传感器等主要部件，分别进行台架实验和整车试验。

图1 试验台架系统和整车系统原理图

台架实验时，按照台架系统原理图的方法将各个设备安装在电力台架上，其中DOC和DPF是2个分立件，中间用柔性节连接。调试测功机、各种辅助设备和传感器等，通过标定软件改变相应标定数据进行各种工况实验。比如改变再生主喷提前角测试DOC入口温度，增加再生后喷和再生次后喷测试DPF入口温度，固定再生主喷油量测试DPF温度提升时间等。

整车试验时，按照整车系统原理图的方法在专用生产线上组成整车皮卡和进行相应下线测试，使其达到合格，然后装上相应测试设备和软件按照试验任务书要求进行路试试验。比如各种参数测试、显示设备及实时记录试验过程数据等。根据系统设计和实验实测，再生时DOC催化氧化起燃温度为250℃，DPF再生入口温度为600℃，正常模式各种不同工况下DPF入口温度范围为180℃～410℃之间，不同工况下温度提升时间、再生后喷、再生次后喷喷油量和喷油时刻都是不同的。

2 再生主喷对DOC入口温度的影响

当EMS系统检测到再生发生时，工作模式由正常模式转为再生模式，系统推后再生主喷提前角排气温度和提高DOC入口温度，达到催化氧化CO和HC的起燃温度。台架实验时，再生后喷和再生次后喷关闭，再生主喷推后提前角是相对正常主喷而言的。从实验来看，推后再生主喷提前角来提升DOC入口温度是有限的，因为受到降低扭矩限制，再生主喷提前角推后的角度与DOC入口温度变化近似正比例关系[2]。

3 再生后喷对DOC入口温度的影响

轻载工况，为了提高DOC入口温度，使其达到DOC催化氧化的起燃温度，也还需要开启再生后喷。再生后喷发生在做功冲程的结束阶段，一部分油量在缸内燃烧提高DOC入口温度，另一部分随排气排出，在DOC内被催化氧化成CO2和H2O，放出热量提高DPF入口温度。再生后喷是根据发动机参数实时计算出来的，因此解决了轻载时DOC入口温度低，催化氧化起燃温度难的问题，从实验情况看再生后喷对提高DOC入口温度有显著效果。

4 再生后喷和再生次后喷与DPF入口温度升温时间的关系

自EMS系统进入再生模式，再生后喷和再生次后喷同时开启，DPF入口温度就稳步提高。但不同工况、不同环境条件下，DPF入口温度提高到设定值的时间不同，下面分别对台架试验和车辆处于三高（高温、高原、高寒）地区时DPF入口温度提温时间进行分析。

台架实验时，在不同再生主喷油量情况下分别进行测试，开启再生后喷和再生次后喷，测出DPF升温时间，发现DPF升温时间与再生主喷油量有关[3]。再生主喷油量小的时候，DPF升温时间比再生主喷油量大的时候升温时间长一些，原因是再生主喷油量少，排气温度相应低，达到系统设定值的时间长。

车辆在三高地区，DPF再生时入口温度升温时间与工况有关，工况以车速来进行区分，可分为市区车速不高于50 km/h，郊区车速不高于80 km/h，高速车速不高于120 km/h。高寒地区由于温差大、车速低、热量散失快及升温时间长（高寒市区升温时间最长）等特点，当DOC入口温度和DPF入口温度达到设定值后，DPF再生。为了保证DPF再生安全、可靠的进行，DPF入口温度需要调整。刚开始再生时，DPF碳载量最多，再生时温度上升得快，因此DPF入口温度不宜设置太高。随着再生进行，碳载量减少，DPF入口温度设定值要有所提高。如图2、3所示，在不同环境时，不同工况下维持DPF入口温度需要的再生次后喷油量。

图2 是高温DPF入口温度与再生次后喷的曲线

图3 是高寒DPF入口温度与再生次后喷的曲线

从图可以看出，再生时DPF入口温度稳定在580～620℃，再生时为了稳定DPF入口温度，需要增加再生次后喷。再生次后喷是根据发动机工况参数和DPF传感器值实时计算的，再加三高补偿，因此不存在二次污染和排放超标的问题。

5 结束语

车辆发动机处于轻载时，DOC入口温度较低，除推后再生主喷升温外，还需要增加再生后喷升温，使其达到催化氧化CO和HC的起燃温度。发动机由正常模式进入再生模式，DPF入口温度升温时间与发动机工况和环境有关。车辆再生时，需要实时调节再生后喷和再生次后喷，使DPF入口温度达到动态平衡。

[1]Bosch.《P1686_V301_1 Software documentation》.

[2]刘宏威.《采用缸内后喷和排气管喷油的DOC辅助DPF再生技术研究》.汽车工程,2015(37),4.

[3]韦雄,冒晓建.《基于机内技术的DPF再生控制策略研究》.农业机械学报,2013,11.