一种柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法

摘要

本发明提供一种柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法，所述方法的步骤为：a）测试过滤器的振动加速度a和最大排气背压△P；b）计算载体轴向串动载荷F1和衬垫夹持力F2；计算衬垫安全系数f；c）对完成耐久性试验的过滤器进行检测，如过滤器符合性能要求，将该安全系数f存入数据库；如过滤器不符合性能要求，不将该安全系数f存入数据库；d）对不同的过滤器分别进行a-c步骤；e）根据a-b步骤，计算待测试过滤器安全系数f0，将安全系数f0与数据库对比，如安全系数f0在数据库范围内，该过滤器符合性能要求，如安全系数f0不在数据库范围内，过滤器不符合性能要求。本发明的方法能提高过滤器封装设计成功率，减少测试工作量，降低开发成本。

说明书

技术领域

本发明属于柴油颗粒过滤器性能测试技术领域，更具体地说，是涉及 一种应用于柴油机上的柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法。

背景技术

柴油机具有油耗低、动力强等优势，应用广泛，且逐年不断的呈指数 增长趋势。为满足轻型柴油机欧Ⅴ及以上排放目标，轻型柴油机后处 理系统采用DOC+DPF再生系统。随着法规的日益严格及不同轻型柴油机 的普及程度，为配合不同用处车辆的工作特性，轻型柴油机后处理系 统的柴油颗粒过滤器（DPF）会成为主流方法。轻型柴油机后处理系统 的DPF与传统汽油机不同，由于柴油机工作温度低，振动大，后处理系 统重量通常都比汽油机后处理系统大，而传统汽油机排气温度高，催 化器体积小，重量轻，为了保持后处理系统在工作中具有较好的耐久 性，这就要求催化器封装厂家必须提高封装工艺水平来保持DPF具有足 够的耐久性。在整车排气系统催化转化器中，衬垫是催化器封装中极 其关键的部件，传统的衬垫性能（寿命）设计是依靠设计人员的经验 先假定DPF催化器封装充填密度，再通过做试验来验证设定的封装充填 密度数值，如果此催化器封装充填密度数值合理，载体未发生窜动以 及破碎，衬垫未被吹蚀，就可证明此催化器封装充填密度数值的合理 性。如果DPF催化器发生失效，那么就得在原有的基础上假定另一个催 化器封装充填密度数值，或者更换所选用衬垫，直到试验验证通过， 传统试验方法更多的是依靠设计人员的经验，设计测试工作很大程度 靠设计人员的经验和运气，试验工作量大，开发费用高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，提供一种能 够方便、准确地完成柴油颗粒过滤器衬垫性能测试的测试方法，所述 的测试方法依据计算和大量试验验证数据的支撑，通过测试结果的准 确性提高了柴油颗粒过滤器封装设计成功率，同时减少了性能测试的 工作量，节省了研发费用。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法，所述的柴油颗粒 过滤器包括壳体，衬垫，载体，所述的性能测试方法的工艺步骤为：

a）测试柴油颗粒过滤器在工作状态下的振动加速度a和最大排气背压 △P；

b）根据振动加速度a和最大排气背压△P计算载体轴向串动载荷F1，根 据衬垫封装密度GBD和衬垫性能参数计算衬垫夹持力F2；衬垫夹持力F 2与载体轴向串动载荷F1之比为衬垫安全系数f；

c）对所述的柴油颗粒过滤器进行机械耐久性试验；对完成前述试验的 柴油颗粒过滤器进行检测，如果柴油颗粒过滤器的气密性、载体的轴 向窜动程度及破碎程度均符合性能要求，将该柴油颗粒过滤器的安全 系数f的数据存入数据库；如果柴油颗粒过滤器的气密性、载体的轴向 窜动程度及破碎程度均不符合性能要求，则不将该柴油颗粒过滤器的 安全系数f的数据存入数据库；

d）对多个不同的柴油颗粒过滤器分别进行a-c的步骤；

e）根据前述a-b的步骤，计算待测试的柴油颗粒过滤器的安全系数f0 ，将计算出的安全系数f0与数据库中的数据进行对比，如安全系数f0 在数据库中的数据范围之内，则表明该柴油颗粒过滤器符合性能要求 ，如新测试的安全系数f0不在数据库范围之内，则表明该柴油颗粒过 滤器不符合性能要求。

优选地，所述的性能测试方法测量柴油颗粒过滤器的振动加速度a时， 所述的振动加速度a通过对柴油颗粒过滤器进行发动机台架测试或整车 道路载荷测试获得，所述的性能测试方法测量柴油颗粒过滤器的最大 排气背压△P时，所述的最大排气背压△P通过在柴油颗粒过滤器上安 装排气背压传感器获得。

优选地，所述的性能测试方法根据振动加速度a及最大排气背压△P计 算柴油颗粒过滤器的载体轴向串动载荷F1时，载体轴向串动载荷F1为 发动机或整车道路的振动加速度a产生的振动激励压力与最大排气背压 △P产生的压力之和。

优选地，所述柴油颗粒过滤器衬垫的夹持力F1根据载体重量m_s、前后 压力差△P、振动加速度a、衬垫端面面积S计算，计算公式为：

F1=F_V+F_P

F_V=m_s*a

F_p=△P*S

其中F_V为振动力，F_p为排气压力。

优选地，柴油颗粒过滤器衬垫夹持力F2根据衬垫摩擦系数μ，衬垫对 载体正压力F_N计算，其计算公式为：

F2=μ*F_N

其中衬垫正压力F_N根据衬垫封装密度GBD和衬垫本身性能参数计算，衬 垫本身 性能参数包括衬垫摩擦系数μ与温度变化关系曲线，衬垫正压力F_N与 衬垫封装密度GBD变化关系曲线，衬垫正压力F_N与温度变化曲线，衬垫 正压力F_N与高低温循环老化寿命变化关系曲线，所有这些衬垫性能参 数曲线均有衬垫厂家针对选用的衬垫规格根据实验数据提供。

优选地，将新测试的柴油颗粒过滤器计算出的安全系数f0与数据库中 的数据进行对比后，如安全系数f0在数据库中的数据范围之内，则表 明该柴油颗粒过滤器符合性能要求，如柴油颗粒过滤器不符合性能要 求，则更改柴油颗粒过滤器的封装衬垫密度，再重新计算安全系数f0 ，直到重新测试结果符合性能要求为止。

优选地，所述的衬垫夹持力F2包括柴油颗粒过滤器封装后剩余夹持力 F2a，封装过程中瞬时夹持力F2b，柴油颗粒过滤器在工作过程中所受 到的最低夹持力F2c，柴油颗粒过滤器经过长时间工作老化后所受的夹 持力F2d，根据F2a、F2b、F2c、F2d数值，选取其中最大的夹持力数值 与载体轴向串动载荷F1之比作为柴油颗粒过滤器封装设计的安全系数 上限fa，根据F2a、F2b、F2c、F2d的数值，选取其中最小的夹持力数 值与载体轴向串动载荷F1之比作为柴油颗粒过滤器封装设计的安全系 数下限fb，分别对上限衬垫封装密度的柴油颗粒过滤器及下限封装密 度的柴油颗粒过滤器进行机械耐久性试验。

优选地，所述的机械耐久性试验包括机械热振动试验和水急冷试验， 所述的机械热振动试验试验时的试验时间在50—80h之间，水急冷试验 时的试验时间在15—25h之间，机械热振动试验和水急冷试验完成后， 检测柴油颗粒过滤器壳体，如柴油颗粒过滤器壳体的气密性，载体的 轴向窜动程度及破碎程度均符合性能要求，将该柴油颗粒过滤器的安 全系数f的数据存入数据库；数据库根据多件柴油颗粒过滤器的安全系 数计算及机械耐久试验结果而建立。

优选地，所述的过滤器衬垫进行轴向推力试验时,将柴油颗粒过滤器放 入烘烤箱中烘烤，冷却至室温后施加1500N的轴向推力，通过推杆均匀 施力在载体上，检测过滤器衬垫轴向位移情况；

所述的过滤器衬垫进行常温振动试验时,柴油颗粒过滤器入口气体流量 1.5m³/min，振动加速度40±3g，振动频率为100±5Hz，试验时间为8 0h；

所述的过滤器衬垫进行高温振动试验时，柴油颗粒过滤器入口气体流 量1.5m³/min，催化转化器入口温度810±25℃，振动加速度40±3g， 振动频率为100±5Hz，试验时间为50h；

所述的过滤器衬垫进行水急冷试验试验时，将催化转化器1安装在水急 冷固定架2上，并使催化转化器1与发动机相连，发动机过遣空气系数 为1±0.2；催化转化器入口排气温度为600℃以上，进行试验时，调节 水压调节器使得喷水点3喷出的急冷用水在水流动情况下水压为172± 14kPa，按以下a～d步骤循环进行试验，共进行20个循环以上，所述的 a～d步骤为：

a）2 min排气关，空气开、水关，冷却，催化转化器空速48000±48 0h^-1；

b）5 min 排气开，空气关、水关，加热，催化转化器空速60000± 600h^-1；

c）28 min 排气开，空气关、水开，急冷，水量为10±0.1L/min；

d）10 min 排气开，空气关、水关，加热，催化转化器空速60000± 600h^-1。

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：

本发明所述的柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法，能够方便、准确 地完成柴油颗粒过滤器衬垫性能测试的测试方法，所述的测试方法依 据计算和大量试验验证数据的支撑，通过测试结果的准确性，能够提 前进行项目封装设计，提高了柴油颗粒过滤器封装设计成功率，使项 目开发时间更加可控，同时减少了性能测试工作量，降低柴油颗粒过 滤器封装设计开发成本，节省了研发费用。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本发明所述的柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法的流程结构图 ；

图2为采用本发明所述的柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法对带过滤 器衬垫的催化转化器进行水急冷时的水急冷固定架的结构示意图；

图中标记为：1、催化转化器；2、水急冷固定架；3、喷水点。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所 涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各 部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1，附图2所示，本发明为一种柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试 方法，所述柴油颗粒过滤器包括壳体，衬垫，载体，所述性能测试方 法的工艺步骤为：

a）测试柴油颗粒过滤器在工作状态下的振动加速度a和最大排气背压 △P；

b）根据振动加速度a和最大排气背压△P计算载体轴向串动载荷F1，根 据衬垫封装密度GBD和衬垫本身性能参数计算衬垫夹持力F2；载体轴向 载荷是由 载体重量m以及振动加速度a的乘积以及最大排气背压△P与气体作用在 载体端面面积s的压力的和，即F1=m*a+△P *s；衬垫夹持力F2为封装 好后的柴油机颗粒过滤器封装残余压力F2a除以衬垫与载体之间的摩擦 系数μ,即F2=F2a/μ；衬垫夹持力F2与载体轴向串动载荷F1之比为衬 垫安全系数f；

c）对所述的柴油颗粒过滤器进行机械耐久性试验；对完成前述试验的 柴油颗粒过滤器进行检测，如果柴油颗粒过滤器的气密性、载体的轴 向窜动程度及破碎程度均符合要求，将该柴油颗粒过滤器的安全系数 f的数据存入数据库；如果柴油颗粒过滤器的气密性、载体的轴向窜动 程度及破碎程度均不符合要求，则不将该柴油颗粒过滤器的安全系数 f的数据存入数据库；

d）对多个不同的柴油颗粒过滤器分别进行a-c的步骤；

e）根据前述a-b的步骤，计算待测试的柴油颗粒过滤器的安全系数f0 ，将计算出的安全系数f0与数据库中的数据进行对比，如安全系数f0 在数据库中的数据范围之内，则表明该柴油颗粒过滤器符合性能要求 ，如新测试的安全系数f0不在数据库范围之内，则表明该柴油颗粒过 滤器不符合性能要求。机械性能试验的评价标准是全部试验结束后焊 缝和载体无损坏，累计位移小于2mm。

优选地，所述的性能测试方法测量柴油颗粒过滤器的振动加速度a时， 所述的振动加速度a通过对柴油颗粒过滤器进行发动机台架测试或整车 道路载荷测试获得，所述的性能测试方法测量柴油颗粒过滤器的最大 排气背压△P时，所述的最大排气背压△P通过在柴油颗粒过滤器上安 装排气背压传感器获得。

优选地，所述性能测试方法根据振动加速度a及最大排气背压△P计算 柴油颗粒过滤器的载体轴向串动载荷F1时，载体轴向串动载荷F1为发 动机或整车道路的振动加速度a产生的振动激励力与最大排气背压△P 产生的压力之和。

优选地，所述柴油颗粒过滤器衬垫的夹持力F1根据载体重量m_s、前后 压力差△P、振动加速度a、衬垫端面面积S计算，计算公式为：

F1=F_V+F_P

F_V=m_s*a

F_p=△P*S

其中F_V为振动力，F_p为排气压力。

优选地，柴油颗粒过滤器衬垫夹持力F2根据衬垫摩擦系数μ，衬垫对 载体正压力F_N计算，其计算公式为：

F2=μ*F_N

其中衬垫正压力F_N根据衬垫封装密度GBD和衬垫本身性能参数计算，衬 垫本身性能参数包括衬垫摩擦系数μ与温度变化关系曲线，衬垫正压 力F_N与衬垫封装密度GBD变化关系曲线，衬垫正压力F_N与温度变化曲线 ，衬垫正压力F_N与高低温循环老化寿命变化关系曲线。

优选地，将新测试的柴油颗粒过滤器计算出的安全系数f0与数据库中 的数据进行对比后，如安全系数f0在数据库中的数据范围之内，表明 该柴油颗粒过滤器符合性能要求，如柴油颗粒过滤器不符合性能要求 ，则更改柴油颗粒过滤器封装衬垫密度，重新计算安全系数f0，直到 重新测试结果符合性能要求为止。

优选地，所述的衬垫夹持力F2包括柴油颗粒过滤器封装后剩余夹持力 F2a，封装过程中瞬时夹持力F2b，柴油颗粒过滤器在工作过程中所受 到的最低夹持力F2c，柴油颗粒过滤器经过长时间工作老化后所受的夹 持力F2d，根据F2a、F2b、F2c、F2d数值，选取其中最大的夹持力数值 与载体轴向串动载荷F1之比作为柴油颗粒过滤器封装设计的安全系数 上限fa，根据F2a、F2b、F2c、F2d的数值，选取其中最小的夹持力数 值与载体轴向串动载荷F1之比作为柴油颗粒过滤器封装设计的安全系 数下限fb，分别对上限衬垫封装密度的柴油颗粒过滤器及下限封装密 度的柴油颗粒过滤器进行机械耐久性试验。

优选地，所述的机械耐久性试验包括机械热振动试验和水急冷试验， 所述的机械热振动试验试验时的试验时间在50—80h之间，水急冷试验 时的试验时间在15—25h之间，机械热振动试验和水急冷试验完成后， 检测柴油颗粒过滤器壳体，如柴油颗粒过滤器壳体的气密性，载体的 轴向窜动程度及破碎程度均符合性能要求，将该柴油颗粒过滤器的安 全系数f的数据存入数据库；数据库根据多件柴油颗粒过滤器的安全系 数计算及机械耐久试验结果而建立。

优选地，所述的过滤器衬垫进行轴向推力试验时,将柴油颗粒过滤器放 入烘烤箱中烘烤，冷却至室温后施加1500N的轴向推力，通过推杆均匀 施力在载体上，检测过滤器衬垫轴向位移情况；

所述的过滤器衬垫进行常温振动试验时,柴油颗粒过滤器入口气体流量 1.5m³/min，振动加速度40±3g，振动频率为100±5Hz，试验时间为8 0h；

所述的过滤器衬垫进行高温振动试验时，柴油颗粒过滤器入口气体流 量1.5m³/min，催化转化器入口温度810±25℃，振动加速度40±3g， 振动频率为100±5Hz，试验时间为50h；

所述的过滤器衬垫进行水急冷试验试验时，将催化转化器安装在水急 冷固定架上，并使催化转化器与发动机相连，发动机过遣空气系数为 1±0.2；催化转化器入口排气温度为600℃以上，进行试验时，调节水 压调节器使得水急冷用水在水流动情况下水压为172±14kPa，按以下 a～d步骤循环进行试验，共进行20个循环以上，所述的a～d步骤为：

a）2 min排气关，空气开、水关，冷却，催化转化器空速48000±48 0h^-1；

b）5 min 排气开，空气关、水关，加热，催化转化器空速60000± 600h^-1；

c）28 min 排气开，空气关、水开，急冷，水量为10±0.1L/min；

d）10 min 排气开，空气关、水关，加热，催化转化器空速60000± 600h^-1。

本发明所述的柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法，通过对大量的柴 油颗粒过滤器进行检测，如果检测的柴油颗粒过滤器的气密性、载体 的轴向窜动程度及破碎程度均符合要求，将该柴油颗粒过滤器的安全 系数f的数据存入数据库；如果柴油颗粒过滤器的气密性、载体的轴向 窜动程度及破碎程度均不符合要求，则不将该柴油颗粒过滤器的安全 系数f的数据存入数据库；这样，通过对大量的柴油颗粒过滤器进行检 测，建立数据库。这样，在新的柴油颗粒过滤器的项目开发中，计算 待测试的柴油颗粒过滤器的安全系数f0，将计算出的安全系数f0与数 据库中的数据进行对比，如安全系数f0在数据库中的数据范围之内， 则表明该柴油颗粒过滤器符合性能要求，如新测试的安全系数f0不在 数据库范围之内，则表明该柴油颗粒过滤器不符合性能要求。

本发明所述的柴油颗粒过滤器衬垫的性能测试方法，能够方便、准确 地完成柴油颗粒过滤器衬垫性能测试的测试方法，所述的测试方法依 据计算和大量试验验证数据的支撑，通过测试结果的准确性，能够提 前进行项目封装设计，提高了柴油颗粒过滤器封装设计成功率，使项 目开发时间更加可控，同时减少了性能测试工作量，降低柴油颗粒过 滤器封装设计开发成本，节省了研发费用。

在新项目上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具 体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技 术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接 应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。