添加劑對DPF 再生效率影響試驗(yàn)研究

郭曉軒 孫 澤 李德勝

（1-安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 安徽 合肥 230601 2-天津內(nèi)燃機(jī)研究所（天津摩托車技術(shù)中心））

引言

柴油機(jī)有著動(dòng)力性好，又十分經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，而柴油機(jī)排氣的有害成分主要有CO、HC、NOx、硫化物以及顆粒物、臭味氣體等，其中CO 及HC 排放明顯低于汽油機(jī)，但NOx、顆粒物及臭味氣體卻較高[1-2]。且輕型車及重型車國六標(biāo)準(zhǔn)對排放顆粒物數(shù)量（particle numbers，PN）有明確要求[3-4]，必須依靠后處理技術(shù)才能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，壁流式顆粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）是降低PN/PM 排放有效的裝置之一，可以有效過濾柴油機(jī)排氣中的顆粒排放物，其捕集效率超過95%[5-6]。

隨著PM 在PDF 內(nèi)部的沉積，DPF 兩端壓降逐漸升高，當(dāng)排氣背壓超過一定值時(shí)，柴油機(jī)工作開始明顯惡化，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性降低，因此需要用物理或化學(xué)方法對沉積的顆粒物進(jìn)行清除，即DPF 的再生，使DPF 繼續(xù)正常工作。其中再生效率是DPF 再生的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[7]，如何提升DPF 再生效率尤為重要，本文詳細(xì)研究添加劑對DPF 再生效率影響。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)

后處理性能試驗(yàn)主要是在后處理試驗(yàn)臺(tái)架上完成，該試驗(yàn)臺(tái)架以3.0 L 柴油機(jī)作為廢氣發(fā)生源。該機(jī)應(yīng)用Bosch 電控共軌技術(shù)和渦輪增壓中冷技術(shù)，該臺(tái)架集成由美國西南研究院開發(fā)的后處理測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可調(diào)節(jié)后處理測試支路氣體流量和后處理入口溫度，從而能研究后處理性能特性，如圖1 所示。評(píng)價(jià)DPF 再生特性時(shí)，排氣流量設(shè)定為300 kg/h，通過設(shè)定DPF 入口溫度，研究不同溫度下再生效率。

圖1 后處理試驗(yàn)臺(tái)架原理圖

1.2 試驗(yàn)對象

試驗(yàn)使用江淮某柴油機(jī)后處理裝置，主要參數(shù)如表1 所示。

表1 DPF 主要參數(shù)

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)規(guī)程

1）按文獻(xiàn)[8]規(guī)定對DPF 進(jìn)行預(yù)處理。

2）完成預(yù)處理試驗(yàn)后，通過更改ECU 數(shù)據(jù)，對DPF 進(jìn)行強(qiáng)制再生不低于20 min，停機(jī)待DPF 中心溫度在200 ℃左右拆下DPF 并進(jìn)行熱稱重，記錄DPF 初始質(zhì)量。

3）重新安裝DPF，發(fā)動(dòng)機(jī)工況設(shè)定為2 600 r/min@200 N·m，DOC 前溫度設(shè)定為200 ℃，進(jìn)行DPF 累碳。目標(biāo)累碳量為（6.5±0.5）g/L。

4）進(jìn)行無添加劑時(shí)不同再生溫度下的DPF 再生效率測試。

5）切換含F(xiàn)BC 添加劑燃油（按8×10-6進(jìn)行配比），進(jìn)行不同再生溫度下的DPF 再生效率測試。

2.2 試驗(yàn)用油及對比方案

試驗(yàn)用柴油為市售國Ⅴ柴油，4%濃度的鐵基FBC，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)8 mg/kg 配制出含8×10-6FBC 的柴油混合燃料，即100 L 燃油中添加20 mL 添加劑。按照表2 對比方案開展試驗(yàn)。

表2 DPF 不同再生對比方案

3 無FBC 再生溫度對再生效率試驗(yàn)研究

將碳載量為6.5 g/L 的DPF 按照方案1 進(jìn)行DPF 再生，再生時(shí)間20 min，再生循環(huán)結(jié)束后，拆除DPF 稱重，DPF 內(nèi)剩余碳量0.1 g，DPF 再生效率為99.53%，通過分析再生過程中DPF 前后壓差變化率，對應(yīng)曲線如圖2 所示，20 min 后壓差變化率為99.9%，說明DPF 前后壓差變化率可以有效評(píng)價(jià)DPF 再生效率。根據(jù)DPF 壓差變化率，620 ℃條件下10 min 時(shí)DPF 再生效率為96.1%，再生效率較高。

圖2 無FBC-620 ℃再生溫度DPF 壓差變化率

將碳載量為6.4 g/L 的DPF 按照方案2 進(jìn)行DPF 再生，再生時(shí)間20 min，再生過程中DPF 前后壓差變化率曲線如圖3 所示，根據(jù)DPF 壓差變化率，500 ℃條件下10 min 時(shí)DPF 再生效率為27.8%，再生效率較低，再生緩慢。

圖3 無FBC-500 ℃再生溫度DPF 壓差變化率

4 加FBC 再生溫度對再生效率試驗(yàn)研究

將碳載量為6.6g/L 的DPF 按照方案3 進(jìn)行DPF 再生，再生時(shí)間20 min，再生過程中DPF 前后壓差變化率曲線如圖4 所示，根據(jù)DPF 壓差變化率，500 ℃條件下10 min 時(shí)DPF 再生效率為96.5%，再生效率高，再生較快，且與方案1 再生效率相當(dāng)。

圖4 加FBC-500 ℃再生溫度DPF 壓差變化率

將碳載量為6.5 g/L 的DPF 按照方案4 進(jìn)行DPF 再生，再生時(shí)間20 min，再生過程中DPF 前后壓差變化率曲線如圖5 所示，根據(jù)DPF 壓差變化率，450 ℃條件下10 min 時(shí)DPF 再生效率為85.6%，再生效率略低，較方案3 再生效率明顯下降。

圖5 加FBC-450 ℃再生溫度DPF 壓差變化率

5 結(jié)論

通過對再生效率研究，使用FBC 添加劑可以有效降低再生溫度，且再生效率較高，具體如下：

1）未加添加劑時(shí)，620 ℃再生溫度，再生效率高，10 min 可達(dá)到96.1%，超過90%；500 ℃再生溫度，再生效率較低，10 min 時(shí)再生效率僅為27.8%，遠(yuǎn)低于90%。

2）加添加劑時(shí)，500 ℃再生溫度，10 min 對應(yīng)再生效率為96.5%，超過方案1 再生效率，再生效率較高；450 ℃再生溫度，10 min 對應(yīng)再生效率為85.6%，再生效率稍小于方案3，且對應(yīng)10 min 再生效率低于90%，不滿足再生效率最低要求。

3）添加劑在保證10 min 再生效率的同時(shí)，可明顯降低再生溫度，500 ℃再生溫度即可達(dá)到要求。