DPF由來(lái)

    柴油機(jī)主要排放物為PM(顆粒狀物質(zhì)，排氣黑煙的主要來(lái)源)和NOx，而CO和HC排放較低。控制柴油機(jī)尾氣排放主要是控制顆粒物質(zhì)PM和NO生成，降低PM和NOx的直接排放。

    隨著國(guó)六法規(guī)的出臺(tái)，國(guó)六柴油機(jī)對(duì)氮氧化物（NOx）以及顆粒物（PM）需要進(jìn)行更嚴(yán)格的控制。

以下是常見柴油機(jī)尾氣凈化的技術(shù)路線：

 

什么是DPF？

顆粒捕集器DPF（Diesel Particulate Filter）

    是一種安裝在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放系統(tǒng)中的蜂窩狀陶瓷過(guò)濾器，可以讓氣體通過(guò)，但是體積較大的微粒排放物質(zhì)則會(huì)被攔截，附著在過(guò)濾器上，以減少排氣黑煙的情況產(chǎn)生。

    類比防霾口罩就很好理解了，口罩會(huì)攔截空氣中的PM2.5，但是不影響呼吸，口罩用久了，表面就會(huì)吸附越來(lái)越多的微粒?？谡直阋?，用一次就可以扔了，但是DPF造價(jià)相對(duì)昂貴，那如何讓DPF可以持續(xù)使用呢？

 

▲車載DPF解剖圖（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

DPF工作原理

    DPF上噴涂有多重貴金屬如鉑、銠、鈀。排出廢氣通過(guò)排氣管進(jìn)入到顆粒捕集器，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部密集設(shè)置的過(guò)濾層，將炭煙顆粒吸附在金屬纖維氈制成的過(guò)濾器上；當(dāng)微粒的吸附量達(dá)到一定程度后，尾端的燃燒器自動(dòng)點(diǎn)火燃燒，將吸附在上面的炭煙微粒燒掉，變成對(duì)人體無(wú)害的CO₂排出。

    當(dāng)然就像燒柴，哪怕完全燃燒，最終還是會(huì)留下灰燼，這些灰燼的累積一樣能堵死DPF。DPF前后都設(shè)有壓力管，ECU通過(guò)壓差傳感器測(cè)得DPF前后壓力差來(lái)判斷DPF堵塞情況。某些廠家設(shè)定只要阻塞率超過(guò)50%，儀表就會(huì)亮起DPF燈，此時(shí)就需要盡快清理DPF以免完全阻塞。

▲DPF 示意圖（圖片來(lái)源于康明斯官網(wǎng)）

 ▲DPF 指示（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

什么是DPF再生？

    DPF對(duì)碳的過(guò)濾效率高，可以達(dá)到60%-90%，當(dāng)DPF中吸附的碳顆粒越來(lái)越多，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓過(guò)高。當(dāng)排氣背壓達(dá)到16-20KPa時(shí)柴油機(jī)的性能就開始惡化，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。

    把吸附在捕集器內(nèi)的碳顆粒通過(guò)排氣加熱的方式燒掉的過(guò)程就叫DPF再生。再生后的濾芯又可以保持通暢，這樣就不會(huì)繼續(xù)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

▲DPF再生示意簡(jiǎn)圖

DPF再生機(jī)理 

DPF再生的方法主要是將碳顆粒氧化。

    碳顆粒氧化的要素是高溫、富氧和氧化時(shí)間。柴油機(jī)的排氣溫度一般在250-500℃，而微粒的燃點(diǎn)一般在550-650℃。顆粒物在650℃，5%的含氧量環(huán)境下可以自燃。柴油機(jī)的燃燒為富氧燃燒，所以無(wú)需擔(dān)心O₂的來(lái)源。

于是按照再生功能的啟動(dòng)方式分為：

 

被動(dòng)再生是車輛一直在進(jìn)行的，無(wú)需ECU控制。

    當(dāng)車速緩慢、DPF溫度低、碳顆粒氧化速度慢時(shí)，DPF會(huì)逐漸沉積碳顆粒，被動(dòng)再生已無(wú)法有效除去所有碳顆粒，此時(shí)ECU會(huì)根據(jù)安裝在DPF上的壓差傳感器反饋的信號(hào)電壓計(jì)算碳加載量來(lái)判斷是否介入。

    DPF中吸附的顆粒物依靠柴油機(jī)的排氣溫度燃燒只能在高負(fù)荷工況下才能實(shí)現(xiàn)，所以除被動(dòng)再生外，想要實(shí)現(xiàn)DPF再生還必須采用其他途徑：

 

    降低顆粒物燃點(diǎn)可通過(guò)燃油添加劑來(lái)解決?；烊肴加偷拇呋瘎┰跉飧字腥紵蠛皖w粒物被同時(shí)捕捉，實(shí)現(xiàn)催化劑與PM的接觸，降低起燃溫度實(shí)現(xiàn)被動(dòng)再生。

    微粒燃點(diǎn)的問題解決了，那么如何做到發(fā)動(dòng)機(jī)的快速升溫，以利于低速、怠速工況SCR盡快開始工作呢（其實(shí)就是解決主動(dòng)再生的溫度要求）？

這就成了國(guó)六的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。

以康明斯為例

首先看看康明斯后處理器總成有哪些：

在說(shuō)DPF時(shí)，還要先了解DOC是什么：

DOC（氧化催化器）

DOC一般封裝在排氣管中，處在DPF上游，其結(jié)構(gòu)由蜂窩狀載體組成。

載體一般都是陶瓷或金屬材料制成。載體表面涂覆有鉑系貴金屬，其作用主要有兩點(diǎn)：

 

 

    DOC工作時(shí)，CO氧化溫度為150℃，HC氣體氧化溫度為180℃，而DOC在250℃以上才可以將排氣中的NO轉(zhuǎn)化為NO2，提供給下游的DPF作為催化劑，來(lái)降低顆粒氧化物的燃燒溫度。

    但同時(shí)超過(guò)400℃以后DOC將無(wú)法繼續(xù)將NO轉(zhuǎn)化為NO₂，所以被動(dòng)再生的工作溫度范圍就是250-400℃。

    所以只有盡快提高DOC溫度將它快速激活，才能開始氧化排氣以減輕環(huán)境污染和盡早的開始對(duì)于DPF的再生功能（DOC達(dá)到起燃溫度開始工作就是DPF再生的開始）。

 

▲DPF反應(yīng)原理

    說(shuō)完DOC，回到正題，康明斯采用缸內(nèi)燃油后噴的方式來(lái)繼續(xù)提高排氣管溫度。利用原有的高壓共軌燃油系統(tǒng)的噴油器多次噴射來(lái)完成。

 

    康明斯國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)共有三次后噴射。在遠(yuǎn)離上止點(diǎn)后的時(shí)刻噴入燃油，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的HC，利用DPF上游DOC對(duì)未燃HC較好的氧化活性，通過(guò)DOC對(duì)HC的氧化放熱提高排氣溫度達(dá)到微粒的起燃溫度實(shí)現(xiàn)DPF主動(dòng)再生。

 

▲后噴圖（圖片來(lái)源于康明斯官網(wǎng)）

 

    此時(shí)缸內(nèi)燃油后噴是由ECU來(lái)控制的，即ECU已經(jīng)介入了DPF的再生，判斷到被動(dòng)再生無(wú)法滿足再生需求了。所以此時(shí)已經(jīng)是主動(dòng)再生了。

    氧化HC的這部分熱量是主動(dòng)再生熱量的主要來(lái)源。對(duì)行車主動(dòng)再生來(lái)說(shuō)的最高溫度不能超過(guò)500℃，因?yàn)樾熊嚨臅r(shí)候排氣管溫度太高不安全，而500℃就足夠解決絕大部分碳煙顆粒物的再生問題了。

    行車再生需注意遠(yuǎn)離有以上標(biāo)志的危險(xiǎn)區(qū)域，當(dāng)接近這些區(qū)域時(shí)需立刻按下禁止在上開關(guān)，駛離后立刻關(guān)閉禁止再生開關(guān)。

    以上就是康明斯DPF再生機(jī)理了。

 

總結(jié) 

    DPF進(jìn)行被動(dòng)再生，依賴于DPF前端的DOC通過(guò)氧化排氣中的HC/NO放出熱量。此時(shí)為節(jié)約燃油省錢，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)有后噴，ECU不干預(yù)再生。

    當(dāng)車速較慢，DOC放出的熱量也低、DPF中碳顆粒氧化的速度慢時(shí)，DPF中碳顆粒機(jī)會(huì)不斷沉積，排氣背壓升高，ECU根據(jù)排氣背壓計(jì)算碳加載量，達(dá)到某一值時(shí)，就需要進(jìn)行主動(dòng)再生。這是由電腦根根據(jù)“碳載量”數(shù)值自動(dòng)介入的。

主動(dòng)再生又分：

A. 行車再生     B. 原地再生

    主動(dòng)黃色再生指示燈點(diǎn)亮?xí)r司機(jī)就應(yīng)該加大或保持油門以利于行車主動(dòng)再生的盡早完成。

    此時(shí)還是ECU自動(dòng)進(jìn)行控制，司機(jī)只需要保持油門或加油門就行了。但是如果運(yùn)行在特殊工況無(wú)法加速保持油門時(shí)，就需要進(jìn)行原地再生，司機(jī)手動(dòng)按下原地再生開關(guān)，需要人為介入。

以康明斯為例的實(shí)車DPF再生

 

根據(jù)DPF大小與堵塞程度不同，再生時(shí)間長(zhǎng)短也有所不同：

 

 

情況一：主動(dòng)再生；高排溫?zé)袅粒l(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行主動(dòng)再生，排氣溫度已經(jīng)提升，此時(shí)需要保持車速。發(fā)動(dòng)機(jī)后噴，增壓器出現(xiàn)輕微突突聲。

 

情況二：輕度堵塞；DPF再生故障燈常亮，說(shuō)明DPF輕度堵塞，故障碼2639。需要提高車速，保持轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)以上運(yùn)行，直至故障燈熄滅。（如果不能保持就應(yīng)原地再生）。

 

情況三：中度堵塞；DPF再生故障燈閃亮，說(shuō)明DPF中度堵塞，故障碼2639。此時(shí)DPF因?yàn)槎氯梢悦黠@感覺到動(dòng)力不足（排氣背壓升高）。此時(shí)需要停車執(zhí)行原地再生（動(dòng)力已經(jīng)不足，無(wú)法通過(guò)提高車速來(lái)行車再生了）。

 

情況四：重度堵塞；儀表亮DPF再生故障燈以及發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈，說(shuō)明DPF重度堵塞，故障碼1921。由于廠家不同，故障燈也可能亮的是DPF再生故障燈與SVS燈。此時(shí)車輛因?yàn)榕艢獠粫车街苿?dòng)力嚴(yán)重不足。需要立刻執(zhí)行原地再生。

 

情況五：完全堵塞；停機(jī)指示燈與OBD燈同時(shí)亮起，說(shuō)明DPF已經(jīng)完全堵死，故障碼1922，發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)可能停機(jī)，此時(shí)就需要進(jìn)行DPF強(qiáng)制再生了。

 

診斷能手關(guān)于強(qiáng)制再生   

    當(dāng)上述情況四發(fā)生時(shí)，儀表亮DPF再生故障燈以及發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈。若主動(dòng)再生仍舊無(wú)法完成，隨著車輛運(yùn)行DPF顆粒持續(xù)增長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）會(huì)通過(guò)逐漸降低功率方式來(lái)執(zhí)行保護(hù)措施。直至強(qiáng)制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，強(qiáng)制駕駛員去維修站排除故障也就是情況五。

診斷能手功能測(cè)試中關(guān)于DPF的測(cè)試主要有：

 

1） DPF強(qiáng)制再生：對(duì)無(wú)法進(jìn)行主動(dòng)再生的車輛執(zhí)行強(qiáng)制再生。維修師傅有診斷能手設(shè)備就可以做DPF強(qiáng)制再生。具體操作路徑：功能測(cè)試>后處理系統(tǒng)>DPF值強(qiáng)制再生。點(diǎn)擊執(zhí)行即可，診斷能手將命令以指令形式發(fā)送給ECU，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將自動(dòng)上升到1500轉(zhuǎn)，以使排氣溫度升高。強(qiáng)制再生將持續(xù)30分鐘左右。需確定再生周圍無(wú)易燃易爆等危險(xiǎn)品，以及非加油站環(huán)境。

2） DPF終止再生：人為中止正在進(jìn)行中的強(qiáng)制再生，當(dāng)車輛周圍發(fā)生異常，可以停止DPF強(qiáng)制再生，進(jìn)入終止再生操作界面點(diǎn)擊執(zhí)行即可。

3） DPF值復(fù)位：更換新的DPF或?qū)PF進(jìn)行拆卸燃燒清掃后，需要對(duì)ECU記錄的DPF值進(jìn)行重置，讓ECU識(shí)別這是個(gè)新的DPF。選擇DPF值復(fù)位選項(xiàng)后，進(jìn)入DPF值復(fù)位界面點(diǎn)擊執(zhí)行即可。

 

4） DPF再生請(qǐng)求置位：（DPF再生請(qǐng)求-置位）當(dāng)DPF無(wú)法進(jìn)行再生時(shí)，可能DPF已經(jīng)鎖定需要進(jìn)行DPF鎖定再生取消，然后進(jìn)行DPF請(qǐng)求置位，用以激活再生需求，使車輛進(jìn)入再生模式。在后處理系統(tǒng)界面選擇DPF再生請(qǐng)求置位選項(xiàng)后，進(jìn)入DPF值再生請(qǐng)求置位界面點(diǎn)擊執(zhí)行即可。

5）DPF鎖定再生取消：（取消-DPF再生的鎖定）當(dāng)ECU執(zhí)行保護(hù)策略禁止DPF主動(dòng)再生時(shí)，需要取消DPF再生鎖定DPF才能進(jìn)行再生。在后處理系統(tǒng)界面選擇DPF鎖定再生取消選項(xiàng)后，進(jìn)入DPF鎖定再生取消界面點(diǎn)擊執(zhí)行即可。

6） DPF鎖定再生復(fù)位：（復(fù)位-DPF再生的鎖定）讓DPF再生重新進(jìn)入鎖定模式，20min內(nèi)不再繼續(xù)進(jìn)行DPF再生。在后處理系統(tǒng)界面選擇DPF鎖定再生復(fù)位選項(xiàng)后，進(jìn)入DPF鎖定再生復(fù)位界面點(diǎn)擊執(zhí)行即可。

7）DPF模擬碳煙度量至30：若讀取到的碳煙度過(guò)低無(wú)法進(jìn)行DPF強(qiáng)制再生時(shí)，可以通過(guò)臨時(shí)模擬碳煙度量至30來(lái)使強(qiáng)制再生能完成。在后處理系統(tǒng)界面選擇DPF模擬碳煙度量至30選項(xiàng)后，進(jìn)入DPF模擬碳煙度量至30界面點(diǎn)擊執(zhí)行即可。

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