基于排气热管理的轻型柴油车DPF主动再生研究

柴油机由于良好的动力性、经济性和可靠性等优点而得到广泛应用,但随之带来的污染问题日益严重。颗粒物排放严重污染环境并且危害人类健康,因此颗粒物后处理技术成为人们研究的热点。颗粒捕集器DPF(Diesel Particulate Filter)被证明是控制柴油机颗粒物排放最为有效的后处理装置,再生控制是该后处理技术的核心。本文针对轻型柴油车后处理技术现状,采用进气节流、喷油策略及耦合DOC多种技术措施为基础的排气热管理,通过试验研究和理论分析相结合的方法,对DPF主动再生的排气热管理控制策略、再生时机判定方法等内容展开详细研究。以轻型车用4D25型高压共轨柴油机为研究对象,选取了低、中、高不同转速与负荷的典型工况进行DPF再生时排气热管理控制策略的研究。进气节流试验结果表明:减小进气节流阀开度能提高排气温度,但会导致有效燃油消耗率、CO、NO_X及烟度恶化;20%进气节流阀开度下,低速小负荷工况排气温度增幅最高可达62.7%,而中高转速、中大负荷排气温度增幅较小;依据样机全工况区域排温分布特点得到进气节流控制策略,即低速小负荷工况采用较大节流度,随着转速和负荷的增加逐渐减少节流直至不节流。喷油策略试验结果表明:推迟主喷或降低轨压均能提升排气温度,但增幅有限且轨压降低导致烟度、CO排放恶化严重;近后喷油量与定时的合理匹配能适当提高排气温度,最高增幅可达21.1%,同时能改善NO_X和烟度排放;因此近后喷为主要控制对象,策略为:对升温要求较高的小负荷采用较大近后喷油量和主-近后喷间隔角,随着负荷和转速的增加逐渐减小近后喷油量。采用进气节流和喷油策略后,样机中低负荷工况下的DPF入口温度提升显著,但仍未达到DPF再生温度需求。为继续提高DPF入口温度,研究了LPI耦合DOC的升温控制策略。结果表明:中小负荷工况下,LPI耦合DOC能显著提升DPF的入口温度,增幅高达69.5%;次后喷油量越大,DOC升温速率越快,但HC逃逸量及燃油消耗率增加,对机油稀释影响增大。最终完善了排气热管理喷油策略:即在小负荷区域需额外增加次后喷油量;随着负荷及和转速的增加,逐渐减小次后喷油量直至为0。整机台架结果表明:采用排气热管理综合控制策略后,样机大部分工况的DPF入口温度能稳定集中于550~650℃,满足DPF再生温度的需求。用定义的流动阻力研究了采用碳载量监测法判断DPF再生时机,试验结果表明:流动阻力与实际碳载量存在近似线性关系,可用流动阻力值来表征碳载量,进而判断DPF再生触发时机。结合排气热管理控制策略提出整机DPF主动再生控制策略逻辑图并进行NEDC瞬态验证。结果表明:再生触发时采用排气热管理控制策略后,DPF入口温度能迅速提升且能满足DPF再生温度需求,达到预期研究目的。