插电式混合动力车型GPF布置及控制策略研究

1 引言

随着气候变暖加剧，全世界碳排放的控制也日趋严格，排放法规不断升级，对于汽车的尾气排放控制带来了很大的挑战。同时，在“双碳”目标的推动下，各种型式的新能源汽车逐步扩大市场，其中插电式混动汽车因其续航里程的优势已被一部分消费者接受。日趋严格的排放法规也对该类车型做了明确的测试要求，且其复杂程度及测试要求明显高于传统燃油汽车。并且由于插电式混动汽车的电池容量较大，发动机的使用范围更加灵活，为了达到省油的目的，起停工况较多，未充分热机情况下，过多的起停给颗粒物排放带来了不小的压力，在此背景下汽油机颗粒物捕集器(Gasoline Particulate Filter, GPF)的应用就将变得十分广泛。

近年来，83.0%的畸形的胎儿可在宫内可通过B超检查来确诊[1]。有文献报道，腹裂畸形在产前通过B超确诊率高达41.5%，其发病率为5/万，其中27.4%为多发畸形[2]。发病原因未明，有人认为[3]腹裂是由于胚胎发育中脐静脉循环障碍引起，在胚胎发育的早期，腹部侧发育不全，腹中线旁出现缺损，裂口纵向约2-3cm长，而脐孔及脐带正常，包括胃，小肠，结肠在内的原肠由裂口处脱出体外，无羊膜囊及腹膜包被，暴露在腹腔外的羊水中，肠管常较肥大而短缩，可伴有中肠旋转不良，小肠结肠共同系膜等畸形，除胃肠外无其他脏器脱出，很少伴有其他系统畸形，也有人认为腹裂或与叶酸缺乏，药物损害，胚胎期缺氧等因素有关。

颗粒物捕集器对于柴油车来说并不陌生，但对于汽油机来说其应用时间并不长，其广泛应用也是在国六法规正式实施之后才开始的(表1)。在此之前GPF对于插电式混合动力汽车而言，更是新鲜事物，因此其应用和控制就有了一定的研究价值。

GPF的特性将直接影响到车辆的发动机性能(图1)，因此如何选择一款合适的GPF，背压、捕集效率、成本、再生性能均控制在最优状态，并不是一件非常容易的工作。本文根据插电混动车的特点，对PHEV的GPF的选型布置和再生策略进行了一些研究。

2 GPF布置方式研究

GPF的布置方式主要有紧耦合式、后置式和四元催化器三种(图2)，紧耦合式具有布置上的优势，再生温度也较高，但对颗粒物的捕集效率比后置式低。后置式由于GPF与三元催化间隔一段距离，其布置难度高于紧耦合式，且再生温度也低于紧耦合式，但对颗粒物的捕集效率较高。四元催化器的排气背压和温度负载都比较高，且气态排放物转化效率也不及另两种布置方式。

针对该缺陷提出边界修正方法和滑动网格方法，通过对划分后的网格单元进行分析处理，寻回丢失的稠密网格，从而提升算法的聚类效果。

该系统采用SQL Server 2012数据库作为后台数据库。根据前期做的数据调查，设计相应的字段，数据库包括以下主要表：Student、Dormitory、Worker、HeadMaster和其他附表，部分表结构设计如表1、2。

2.1 四元催化器排放

如表5所示，为环境温度-20℃下，各工况GPF温度测试。GPF入口平均温度较低，较少有被动再生机会。插电式混动车辆的排气温度又与电池电量有着很大的关系，高电量以及电池充电功率受限时，由于发动机负荷较小，其再生难度会更大。GPF每前移100mm，入口温度可以增加10℃，因此在布置允许的情况下，GPF离三元催化器的距离应尽量缩短。

粘度是流体的一种属性，同种流体的粘度与温度显著相关，与压强几乎无关。气体粘度修正系数：

2.2 后置式GPF排放及温度测试

表4为试验所用后置式GPF主要参数信息，该方案距三元催化器出口距离为1177mm。GPF距离发动机排气出口越远，其满足再生条件的情况越少。

如图4所示，后置式GPF的气态和颗粒物排放均可满足要求，但考虑到前舱布置问题，GPF可能会距发动机排气出口较远，低温下GPF入口温度过低，有无法再生的风险。

陀思妥耶夫斯基的“先知的”性格，正是源于他最深刻地忠诚于 “事业”、俄罗斯生活的本质、从永恒直观[内省]的角度看历史的命运。 他从不为暂时和党派服务，从不关心某一期《日记》的印象，而是关心在“最近一期”中说出他灵魂深处痛苦地携带了多年的永恒的话语。[2]199-200

如表3所示，试验用四元催化器需兼具催化器和GPF的作用，因此试验选取的样件孔径较小、目数较多，贵金属含量比国五批产件贵出一倍有余。试验样件已考虑16万公里热老化，同时也考虑了灰分的影响，掺烧灰分后，碳载量相当于30g。

如表6汇总，从GPF的布局、捕集效率、气态污染物转化能力、背压、再生难易度、排放耐久、涂覆角度比较了各布置形式的优缺点，可以看紧耦合式及后置式各有优劣，四元催化器除了再生能力以外，其他技术指标并没有太大优势，因此并不推荐应用。

紧耦合方案可兼顾再生、气态、颗粒物排放，但其捕集效率比后置式低一些，背压也比后置式略高，对发动机动力性能会有一些影响，但混动的双动力源特点，又恰巧可弥补该缺点。因此对于混动车型而言，更加推荐使用紧耦合式布置方式。可保证气态、颗粒排放的控制，也更容易实现再生。

研究桩周土体变形发展对探究桩周地层破坏机理具有重要意义,但目前相关研究未涉及桩-土界面处的薄层土.薄层土作为与桩接触的土体,其力学行为对应力、变形在土体中的传递具有重要的影响.但是薄层土层厚一般为几个砂土颗粒的级别,常规的DIC技术无法对其位移进行测量;而透明土技术对试验模型尺寸有所要求,无法满足大尺度模型试验要求,同时透明土并非真实土体,无法准确表现土体特性.因此,本工作针对静压桩在砂土中桩-土界面薄层土特性改进了DIC技术,达到对桩-土界面土体位移进行测量的目的.

3 GPF控制策略

图5为GPF控制逻辑框图，主要由碳载量(Soot)/灰分值(Ash)估算和再生协调控制组成。碳载量的计算有两种方式，一种是通过模型计算，另一种是基于GPF压差计算。再生控制主要包括再生需求计算、再生协调和再生实现。

3.1 基于模型的碳载量计算

基于模型的碳载量计算，需标定出发动机各个工况下的碳烟原排，以及各种条件下的碳烟燃烧速率，实际碳载量就是对碳烟原排进行积分再减去实际运行过程中碳烟的燃烧量得到的。基于压差的碳载量计算，是根据空载GPF与有累碳情况下的GPF的压差对比间接判断累碳和灰分量。但Soot模型因测量设备、捕集效率、模型验证难度高等原因，偏差较大。Ash模型也因机油耗无法精确测得，有一定的偏差。

1.生源综合素质不高，英语基础薄弱。空乘专业旨在培养心理和职业等综合素质较强、外语水平较高的学生，以满足民航服务业对于人才的需求。但是从现有本专业学生的现状看，普遍注重身高、体重、相貌、气质等外在因素，虽然在招生环节有英语口试内容，但是英语口试的成绩在面试分数中占的比重很小，对面试结果的影响微乎其微。而各省本科空乘专业录取分数线比普通二本线低将近200分，学生英语成绩普遍较低。所以，空乘专业学生多数对于英语存在没信心、没兴趣、学不懂、学不会、不爱学、学风差的情况。

3.2 基于压差估算的碳载量计算

基于压差估算碳载量的原理：空载GPF在各种流速下，可以测量得到一个入口和出口压差信息。由于累碳和Ash后排气流经GPF的阻力变大，在相同的排气流速下，有累碳和Ash的GPF前后压差相对于空载GPF会更大，两者之间的差异是和累碳或Ash的量有关的，因此可以用此压差间接判断累碳或Ash的量。压差来源可分为三个方面：1)气体在入口温度和出口的压缩和膨胀损失；2)气体在入口通道和出口通道流动的摩擦损失；3)气体穿过壁面和碳层的摩擦损失。

第二，今天我们强调现实题材创作，在习总书记的批示下做这部戏，是特别应该，特别及时。今年是改革开放40周年，改革开放40周年对中国的改变我不用重复了，而且刚才提到安徽小岗村，一个是农业改革，一个是工业改革，我觉得这两个是同一个级别的题材。

2、孔道里的流动损失计算

3、穿壁压力损失(载体壁和Ash层)计算；

公式可简写为

总的压差

1、入口的压缩损失和出口的膨胀损失计算

Δ

=

+

=

·

+

·

其中

为压力，

为排气体积流速，

为气体粘度，

为壁厚，

为通道长度，

为载体体积，

为

=14

227,

为

载体孔内径，

为渗流系数；

从图3试验结果看，尽管贵金属含量提高了很多，但CO和NOx排放依旧远超法规限值。因此四元催化方案的颗粒物捕集效率可满足要求，但其气态排放处理能力并不理想。

其中，指数

随气体种类和温度而改变；

以上公式表明，可以通过标定

和

以及粘度修正系数，得到一个压差模型。此压差模型的优点是，需要标定的量较少，只需有流速和温度信息的输入，便可计算出模型压差。基于压差的计算逻辑为，取实测压差梯度与模型压差梯度的互相关因子，再对其中一段时间内的平均值，以此作为碳

灰量的依据。但是基于压差的碳载量计算，也存在低流量下精度偏低的缺点。

3.3 模型验证

为验证GPF累碳模型的准确性，本文进行了整车长距离累碳试验。如表7所示，本文进行了不同工况的累碳验证，市区工况模型偏差-1.7%，基本能满足要求。郊区工况偏差较大，原因是混动存在发动机停机的工况，但GPF实际温度较高，模型碳载量无法识别，但此时基于压差计算的累碳量比较接近。高速工况，GPF温度较高，模型碳载量与实际碳载量偏差在合理范围内。从该实验结果也可以看出紧耦合GPF的再生效果十分明显，中高速工况几乎无累碳产生，更加容易实现被动再生。

3.4 再生控制

当GPF累碳量较多时，系统背压较大，会影响发动机性能，因此当碳载量超过一定值时，需进行再生控制。再生又分为主动再生和被动再生。被动再生是指EMS不作特殊控制，通过客户日常行驶的断油窗口再生soot。主动再生是指EMS判断满足主动再生条件时，通过主动控制减稀空燃比及提高排气温度(类似催化器加热推迟点火角)再生soot。

虽然紧耦合GPF可以较为容易的实现被动再生，但在低温、低速行驶等极端使用条件下，也会需要主动再生介入。对于插电式混合动力汽车而言，可借助电机、电池来实现更为灵活多变的再生方式。比如在再生时加入充电负载，利用HCU调整不同的扭矩需求，达到更高的发动机负荷，有利于提升GPF入口温度。表8就利用了混动车辆的怠速充电工况，有效提高了GPF的入口温度。

但是电池充放电能力有限，无法长时间保持大的充电负载，尤其在低温环境下，电池功率还会受到限值，此时就和传统车一样，主要靠驱动需求实现再生。当电池温度上升后，又可通过增加充电负载的方式，提高发动机负荷，提升再生速率。

1.以动写静。也就是事物原本是个静物，但在作者的笔下，它变成了一个动的、活的事物；或者直接把静止的事物当作运动的事物来写，想象并描写出静态事物在运动时的形态和神态。如：

4 结论

对于混动车型，尤其是电池容量较大插电式混合动力汽车，由于经常出现起停和纯电行驶，其颗粒物排放会高于普通燃油车，通过本文的研究，推荐使用紧耦合GPF。插电式混合动力汽车可以弥补其背压带来的性能损失，利用其优点，更好的提高再生频率，避免出现再生困难的问题。

本文中市区、市郊、高速三个车速段的整车累碳量试验结果表明，GPF模型碳量和实际剩余碳量偏差均在合理范围内，基于碳载量和基于压差的累碳模型能满足控制精度要求。插电式混合动力汽车可以利用三电系统额外的充电功率，辅助再生的进行。

[1]范明哲,张宾.汽油机GPF碳载量模型和再生策略的试验研究[J].内燃机与动力装置, 2018,35.

[2]温吉辉,滕勤.缸内直喷汽油机颗粒捕集器(GPF)技术研究进展[J].小型内燃机与车辆技术,2016,45.

[3]Christine K.Lambert,Mira Bumbaroska,Douglas Dobson,Jon Hangas,James Pakko,and paul Tennis.Analysis of High Mileage Gasoline Exhaust Particle Filters.SAE[J].2016-01-0914.