数学通道的应用(十七)-检测DPF是否堵塞泵

在数学通道的应用(十三)中，我们介绍了涡轮增压发动机空气流量(MAF)实际值的计算方法。在那之后我一直在思考关于DPF背压的问题，尤其是丰田提出的计算DPF再生效率的数学公式。

 

该公式指出，如果DPF没有堵塞故障，则DPF压差除以MAF的值应小于0.2。公式中还声明，使用的是路试期间所捕获的串行数据，且DPF温度稳定在450°C以上。

 

例如：MAF=25g/s，DPF压差=2kPa。因此：2/25=0.08<0.2，表明DPF工作正常。但是如果MAF=25g/s时DPF压差为6kPa，6/25=0.24>0.2,这意味DPF出现堵塞故障。

 

鉴于我们可以使用虹科Pico示波器来计算MAF，接下来我想测试一些不属于丰田车系的2.0升柴油发动机来检验上面这个公式。在开始检测DPF之前，需要注意以下三个变量：

 

我要用到WPS500X压力传感器，将WPS压力传感器安装在DPF之前，而不是像压差传感器那样跨接在DPF前后气管。

与公式声明有所不同，我测试时DPF的温度小于450°C。

同时还用另一个WPS500X测量进气歧管压力。

 

我们首先测试的是一个2.0L 四缸BMW320D车，通过数学通道 LowPass（freq（A），50）*（2.0 * 0.8）*（B+1）/2*1.223/60 来获得MAF（空气密度为1.223g/L）。对这个数学通道公式分段解释一下：

 

LowPass（freq（A），50）可以计算出RPM，我们用A通道捕获了曲轴传感器信号波形。使用LowPass低通过滤可以得到“平滑的”RPM值，并且减少了曲轴缺失齿造成的尖峰波形。请注意，在图1和图2示例波形中，我们把A通道曲轴信号隐藏了，没有显示在软件界面上。

 

（2.0*0.8）中2.0表示发动机排量，0.8是此类涡轮增压柴油机的容积效率标准值（VE）。

 

*（B + 1），我们在通道B上用WPS测了进气歧管压力，之所以加1是因为MAF实际值需要用绝对压力计算得出。而WPS500X捕获的进气歧管压力是相对于大气压的压力值，因此我们需要增加1 bar以获得进气歧管压力绝对值。

 

/2*1.223/60 ，除以2是指曲轴每转一圈产生2次进气冲程，乘以1.223得到空气质量，最后除以60得到以g/s为单位的MAF值。

 

用于检测DPF再生效率还需要捕获以kPa为单位的排气压差，这也是我们刚刚提到的变量之一。我们是将WPS压力传感器安装在DPF之前而不是在DPF上，测量的是DPF前的排气背压。D通道就是使用WPS5测得的以bar为单位的排气背压波形，因为要转换单位为kPa，所以我们将通道D乘以100。

 

DPF再生效率计算公式为：DPF压差（kPa）/ MAF（gm/s）。所以综上，我们检测DPF再生效率的数学通道公式为：（D * 100）/（LowPass（freq（A），50）*（2.0 * 0.8）*（B + 1）/2*1.223/60）。之前提到过，该理论公式指出正常工作的DPF计算结果应该小于0.2，我们接着来看看图1的计算结果。

 

图1 BMW车DPF再生效率测试
 

 

正如图1所示，在大多数情况下再生效率公式的计算结果都低于“0.2”，但在WOT加速期间会略高于0.2（这很可能是上面提到的变量造成的）。事实上这辆车的性能一切正常，这跟上述计算结果是比较契合的。因此丰田提出的DPF背压/MAF=DPF再生效率的理论公式似乎有些逻辑。接着我又测试了另一款2.0L柴油机，西雅特Alhambra车，发动机代码为BRT，和测试BMW时采用相同的连接方法（在进气歧管和DPF前各安装了一个WPS压力传感器）。
 

图2 西雅特车DPF再生效率测试

 

如图2所示，当使用相同的公式DPF背压/MAF=DPF再生效率计算时，在车辆加速过程中，计算结果高于0.2，仅从计算结果来看说明DPF再生效率很差！这就是我的疑问所在，实际上这两辆车在WOT条件下工作都非常良好，但是公式的计算结果却高于0.2，很可能前面提到的变量确实对计算结果产生了影响。

 

总而言之，我想通过这篇文章给大家分享一下这个理论。因为如果我们从扫描工具中获取串行数据，并直接使用串行数据计算DPF压差（kPa）除以MAF（g/s）会发现（图3），这个理论公式是可靠的，似乎可以用来判断DPF再生效率。

图3 串行数据
 

 

由图3可知，DPF压差15.894kPa/MAF值97.69g/s=0.163<0.2,计算结果表明DPF工作正常。希望上述例子对您有所帮助，如果有DPF压差这个数据，那么我们就不需要用WPS去测DPF前的排气背压了，这是因为DPF压差会更为准确。但是用虹科Pico示波器和WPS压力传感器去捕获这些数据，根据上述数学通道可以帮我们绘制出随时间变化的DPF再生效率曲线，这对我们观察和分析车辆的动态性能非常有价值。