DPF炭煙和灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能的影響

謝振，張江紅，胡昌寧

摘要： 基于某直列6缸增壓柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，構(gòu)建了柴油機(jī)+DPF的一維熱力學(xué)仿真模型，研究了DPF炭煙和灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能的影響。研究結(jié)果表明，DPF炭煙和灰分加載會(huì)導(dǎo)致單級(jí)增壓（1TC）和二級(jí)增壓（2TC）柴油機(jī)排氣背壓升高，進(jìn)氣充量降低，從而導(dǎo)致動(dòng)力性下降，有效燃油消耗量升高，NOx排放量下降，soot排放量增加。炭煙因其深床炭煙層和較低的滲透率有利于捕集顆粒，提高了DPF捕集效率；而灰分由于其存在灰分堵頭降低了孔道有效過(guò)濾長(zhǎng)度，導(dǎo)致DPF捕集效率下降。DPF炭煙和灰分加載導(dǎo)致1TC柴油機(jī)扭矩和燃油消耗率在1 000 r/min分別下降22.8%和29.6%，在2 200 r/min分別下降2.1%和2.2%；而2TC柴油機(jī)扭矩和燃油消耗率在1 000 r/min分別下降6.7%和7.1%，在2 200 r/min分別下降10.7%和11.9%。二級(jí)增壓可以降低DPF炭煙和灰分加載對(duì)柴油機(jī)性能的影響。

關(guān)鍵詞： 增壓柴油機(jī)；顆粒捕集器；排氣背壓；動(dòng)力性；燃油經(jīng)濟(jì)性

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.004

中圖分類號(hào)： TK427文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號(hào)： 1001-２２２２（２０24）０2-００26-０7

渦輪增壓系統(tǒng)可以提高進(jìn)氣充量，強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)功率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，降低污染物排放，被廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)系統(tǒng)［1］。為進(jìn)一步提升柴油機(jī)熱效率和高原環(huán)境適應(yīng)性，通常采用二級(jí)增壓甚至多級(jí)增壓以提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣充量［2］。

隨著排放法規(guī)的不斷加嚴(yán)，壁流式柴油機(jī)顆粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）已經(jīng)成為了柴油機(jī)滿足更嚴(yán)格排放法規(guī)必備的后處理裝置［3］。盡管DPF可以有效降低顆粒物（particle matter，PM）排放，但隨著顆粒物的累積，其需要進(jìn)行周期性再生以恢復(fù)性能［4］。柴油機(jī)排放顆粒物中包含的金屬雜質(zhì)并不能通過(guò)再生消除，將會(huì)在DPF中不斷累積，從而增加排氣背壓，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降［5］。DPF全生命周期內(nèi)一直伴隨著灰分累積，灰分累積量的增加將直接影響DPF主動(dòng)再生觸發(fā)時(shí)刻［6］。此外，炭煙和灰分對(duì)不同增壓系統(tǒng)進(jìn)氣效率的影響存在差異，厘清灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能的影響，將有助于柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)的匹配和標(biāo)定。目前，針對(duì)DPF炭煙和灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究構(gòu)建了柴油機(jī)耦合DPF的一維熱力學(xué)模型，深入研究DPF灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能的影響，為柴油機(jī)+DPF系統(tǒng)的渦輪增壓器選型和匹配提供理論參考。

1模型構(gòu)建與驗(yàn)證

以1臺(tái)直列6缸重型共軌柴油機(jī)為研究機(jī)型，構(gòu)建了單級(jí)增壓（1TC，one-stage turbocharger）、二級(jí)增壓（2TC，two-stage turbocharger）柴油機(jī)耦合DPF的一維熱力學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證。表1示出柴油機(jī)基本參數(shù)，表2示出DPF主要參數(shù)。

柴油機(jī)采用準(zhǔn)維燃燒模型——Hiroyasu油滴蒸發(fā)模型（DIJet），DIJet燃燒模型利用熱力學(xué)原理分析燃燒過(guò)程，通過(guò)對(duì)燃燒空間作分區(qū)處理，預(yù)測(cè)精度更高。柴油機(jī)傳熱模型選用經(jīng)典的半經(jīng)驗(yàn)WoschniGT傳熱模型。柴油機(jī)NOx排放包含NO和NO2，熱力NO占據(jù)主導(dǎo)地位。模型中NO的生成采用Zeldovich機(jī)理進(jìn)行計(jì)算。

壁流式DPF由一系列交替堵塞的進(jìn)/出口孔道組成，排氣首先流經(jīng)進(jìn)口孔道，經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)過(guò)濾壁面進(jìn)入相鄰的出口孔道。炭煙顆粒在過(guò)濾壁面通過(guò)慣性碰撞、重力沉降及流動(dòng)攔截等物理方式被沉積下來(lái)。隨著炭煙的不斷累積，DPF將觸發(fā)主動(dòng)再生以恢復(fù)DPF性能，而金屬無(wú)機(jī)鹽無(wú)法通過(guò)再生消除，將一直在DPF孔道內(nèi)累積，導(dǎo)致排氣背壓增加，排氣流經(jīng)過(guò)濾體產(chǎn)生的壓降滿足達(dá)西定律。

圖1示出二級(jí)增壓系統(tǒng)柴油機(jī)的熱力學(xué)模型可靠性驗(yàn)證。為保證模型可靠性，首先對(duì)1 330 r/min和1 660 r/min，100%負(fù)荷條件下的缸內(nèi)壓力和放熱率進(jìn)行了驗(yàn)證，兩工況點(diǎn)缸壓和放熱率曲線的模擬值與試驗(yàn)值吻合度較高，如圖1a和圖1b所示。此外，對(duì)柴油機(jī)外特性條件下的扭矩、進(jìn)氣流量、有效燃油消耗率和NOx排放進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證（見(jiàn)圖1c和圖1d），各項(xiàng)性能指標(biāo)的模擬值與試驗(yàn)值趨勢(shì)一致，吻合度較高，說(shuō)明模型具有較高可靠性，可以用于對(duì)柴油機(jī)實(shí)際工作過(guò)程的預(yù)測(cè)。

圖2示出碳加載過(guò)程中DPF載體壓降的模擬值與試驗(yàn)值隨時(shí)間的變化。由于DPF經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，盡管碳加載試驗(yàn)前已對(duì)其進(jìn)行完全再生處理，但不可避免存在灰分沉積，導(dǎo)致碳加載初期試驗(yàn)值的壓降較高，但總體上碳加載過(guò)程的模擬值與試驗(yàn)值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)一致，具有較高的匹配度。因此，可以認(rèn)為DPF模型具有較高的可靠性。

2結(jié)果與討論

本研究采用控制變量法分別控制炭煙和灰分的加載量，同時(shí)納入未匹配DPF的柴油機(jī)原機(jī)性能作為參考，制定了共計(jì)7個(gè)方案（見(jiàn)表3），以探究炭煙和灰分加載對(duì)柴油機(jī)性能的影響。根據(jù)以往的研究，為了確保DPF再生過(guò)程的安全性，炭煙加載量達(dá)6～8 g/L時(shí)，需要觸發(fā)主動(dòng)再生，因此將炭煙加載量設(shè)定為6 g/L。由于DPF全生命周期均伴隨灰分加載，同時(shí)灰分加載量也會(huì)隨柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間逐漸增加，因此選取適中的灰分加載量（20 g/L）和極限灰分加載量（40 g/L）兩個(gè)工況，研究灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能的影響。

2.1DPF炭煙和灰分加載對(duì)單級(jí)增壓柴油機(jī)性能的影響

DPF炭煙和灰分加載對(duì)柴油機(jī)性能影響的本質(zhì)是炭煙和灰分加載導(dǎo)致DPF性能下降，從而影響柴油機(jī)進(jìn)排氣效率和缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響缸內(nèi)燃油霧化、油氣混合和缸內(nèi)燃燒，最后導(dǎo)致柴油機(jī)性能發(fā)生變化。因此，要研究DPF炭煙和灰分加載對(duì)柴油機(jī)性能的影響，首先需要探明炭煙和灰分對(duì)DPF性能的影響。圖3所示為不同炭煙和灰分加載量對(duì)1TC柴油機(jī)DPF壓降的影響，可見(jiàn)不同炭煙和灰分加載條件下，DPF壓降均隨1TC柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而上升。隨著炭煙和灰分加載量的增加，DPF壓降也隨之增加。值得注意的是，方案3和方案4在各轉(zhuǎn)速條件下的DPF壓降幾乎一致，表明6 g/L的炭煙加載量和20 g/L的灰分加載量對(duì)DPF壓降的貢獻(xiàn)相當(dāng)，說(shuō)明炭煙對(duì)DPF壓降的貢獻(xiàn)能力遠(yuǎn)大于灰分。Konstandopoulos［7］等和Koltsakis等［8］分別計(jì)算了炭煙和灰分的滲透率，發(fā)現(xiàn)灰分滲透率遠(yuǎn)大于炭煙，這在一定程度上支持了本研究炭煙對(duì)DPF壓降的貢獻(xiàn)大于灰分的結(jié)論。此外，方案7的DPF壓降遠(yuǎn)高于其他方案，表明6 g/L炭煙和40 g/L灰分加載條件下，DPF已經(jīng)進(jìn)入極限狀態(tài)，必須對(duì)其進(jìn)行物理清灰以恢復(fù)其性能。

圖4所示為炭煙和灰分加載量對(duì)1TC柴油機(jī)DPF捕集效率的影響。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加，所有方案的DPF捕集效率均呈下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，排氣流量越大，加速了排氣中顆粒物的動(dòng)能，因而DPF捕集效率下降。與DPF空載（方案2）條件下的壓降最低不同，DPF空載條件下的捕集效率并非最高，方案3、方案6和方案7的DPF捕集效率明顯高于方案2，這是因?yàn)檫@3個(gè)方案均有炭煙加載，炭煙濾餅層能夠提供額外的捕集作用。相關(guān)研究也表明［9-10］，DPF中捕集的炭煙會(huì)首先沉積在深床的過(guò)濾壁面，這將提升DPF的捕集效率。另外，相比于灰分，炭煙的滲透率更低，導(dǎo)致了炭煙濾餅層的過(guò)濾效率高于灰分，這也與前述炭煙對(duì)DPF壓降的貢獻(xiàn)高于灰分的結(jié)論相一致。

本研究分別采用柴油機(jī)扭矩和有效燃油消耗率（break specific fuel consumption，BSFC）作為柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。圖5所示為炭煙和灰分加載對(duì)1TC柴油機(jī)扭矩的影響。所有方案中，未配備DPF的1TC柴油機(jī)（方案1）扭矩在所有轉(zhuǎn)速條件下均最高，其次是配備空載DPF的柴油機(jī)。隨著炭煙和灰分的加載，1TC柴油機(jī)扭矩下降，這是由于炭煙和灰分加載導(dǎo)致DPF排氣背壓增加，進(jìn)氣效率下降，從而降低了1TC柴油機(jī)扭矩。炭煙和灰分分別加載6 g/L和40 g/L（方案7）時(shí)，1TC柴油機(jī)扭矩下降幅度最大，這與前述方案7的DPF排氣背壓遠(yuǎn)高于其他方案的結(jié)果相吻合。唐成章等［11］研究了DPF對(duì)柴油機(jī)性能的影響，發(fā)現(xiàn)DPF對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性影響較大，且隨著炭煙加載量的增加，柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降更加明顯，其得出的結(jié)論與本研究一致。

值得注意的是，DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況動(dòng)力性的影響較大，隨著轉(zhuǎn)速的增加，其對(duì)動(dòng)力性的影響降低。此外，隨著炭煙和灰分加載量的增加，其對(duì)1TC柴油機(jī)動(dòng)力性影響的轉(zhuǎn)速區(qū)間也會(huì)增加，例如，以原機(jī)（方案1）動(dòng)力性為參考，方案2的扭矩在1 330 r/min恢復(fù)到原機(jī)的99%，方案3～方案6的扭矩在1 500 r/min恢復(fù)到原機(jī)的98.7%～99%，方案7的扭矩在1 800 r/min恢復(fù)到原機(jī)的95.8%，炭煙和灰分加載量越高，1TC柴油機(jī)恢復(fù)其動(dòng)力性的轉(zhuǎn)速越高。這是因?yàn)?TC柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速條件下排氣能量較低，渦輪增壓器的工作效率更低［12］，DPF加載炭煙和灰分進(jìn)一步降低了排氣能量，且這種降低作用隨炭煙和灰分加載量的增加而增加。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量增加，渦輪增壓器的工作效率提升，從而提高進(jìn)氣效率，使柴油機(jī)動(dòng)力性得到恢復(fù)［13］，而炭煙和灰分加載量的增加導(dǎo)致1TC柴油機(jī)需要在更高的轉(zhuǎn)速才能恢復(fù)渦輪增壓器的效率，因此炭煙和灰分加載量的增加對(duì)1TC柴油機(jī)動(dòng)力性的影響變大。

圖6所示為炭煙和灰分加載對(duì)1TC柴油機(jī)BSFC的影響。各方案的BSFC隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)以及炭煙和灰分加載量對(duì)BSFC的影響趨勢(shì)與動(dòng)力性的變化趨勢(shì)一致，即炭煙和灰分的加載量越大，柴油機(jī)BSFC越高，經(jīng)濟(jì)性越差。炭煙和灰分加載導(dǎo)致排氣背壓升高，進(jìn)氣效率下降，進(jìn)而導(dǎo)致缸內(nèi)燃?xì)饣旌虾腿紵儾睿瑥亩黾恿薆SFC。景琦等［14］研究了高原對(duì)柴油機(jī)性能的影響，發(fā)現(xiàn)海拔上升導(dǎo)致柴油機(jī)進(jìn)氣充量下降，柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性也都下降。類似地，本研究炭煙和灰分加載導(dǎo)致DPF排氣背壓升高，同樣也會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣充量下降，從而導(dǎo)致動(dòng)力性下降，BSFC升高。

圖7示出炭煙和灰分加載量對(duì)1TC柴油機(jī)NOx排放的影響，所有方案的NOx排放量隨轉(zhuǎn)速升高單調(diào)上升。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于進(jìn)氣充量較低，空燃比較低，混合氣相對(duì)較濃，且低轉(zhuǎn)速條件下的缸內(nèi)溫度相對(duì)較低，因而不利于NOx的生成。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，渦輪增壓器的效率增加，進(jìn)氣充量增加，同時(shí)缸內(nèi)燃燒溫度增加，二者共同促進(jìn)了NOx的生成。需要注意的是，與前述DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響規(guī)律相反，炭煙和灰分加載量升高，NOx排放量反而降低。這是因?yàn)檠鯘舛仁菦Q定NOx生成量的關(guān)鍵因素［15］，炭煙和灰分加載量的增加會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣充量的下降，從而導(dǎo)致NOx排放的降低。

圖8示出炭煙和灰分加載量對(duì)1TC柴油機(jī)soot排放的影響。與NOx生成條件相反，富油貧氧條件更有利于soot的產(chǎn)生，因此低轉(zhuǎn)速下1TC柴油機(jī)soot排放量較高。隨著轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣充量提高，soot排放量迅速降低。DPF炭煙和灰分加載量對(duì)soot排放的影響與對(duì)NOx排放的影響相反。

2.2DPF炭煙和灰分加載對(duì)二級(jí)增壓柴油機(jī)性能的影響

為了提高柴油機(jī)對(duì)高原環(huán)境的適應(yīng)性，采用二級(jí)增壓系統(tǒng)可進(jìn)一步提高柴油機(jī)在高原環(huán)境的進(jìn)氣充量，從而恢復(fù)柴油機(jī)在高原環(huán)境的動(dòng)力性。然而，DPF炭煙和灰分的加載會(huì)影響柴油機(jī)排氣背壓和進(jìn)氣充量，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。前文已經(jīng)就DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC柴油機(jī)性能的影響進(jìn)行了討論，而二級(jí)增壓系統(tǒng)對(duì)排氣能量的利用率及進(jìn)氣充量的提升作用明顯高于單級(jí)增壓系統(tǒng)。因此，本節(jié)將詳細(xì)探討DPF炭煙和灰分加載對(duì)2TC柴油機(jī)性能的影響。

圖9示出炭煙和灰分加載量對(duì)2TC柴油機(jī)DPF壓降的影響。各炭煙和灰分加載量下DPF壓降均隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而上升，與1TC柴油機(jī)DPF壓降規(guī)律一致。

圖10示出炭煙和灰分加載量對(duì)2TC柴油機(jī)DPF捕集效率的影響。由于炭煙的滲透率較低，因而加載炭煙后的DPF捕集效率較高。盡管灰分的滲透率較高，加載灰分后的DPF捕集效率理論上應(yīng)該高于空載DPF，但事實(shí)上只加載灰分的DPF（方案4和方案5）捕集效率反而有所下降。Wang等［16］研究了灰分在DPF內(nèi)的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)灰分在DPF內(nèi)存在濾餅層和灰分堵頭兩種形式，其中被動(dòng)再生更容易形成濾餅層，而主動(dòng)再生更容易形成灰分堵頭。灰分堵頭縮短了DPF的有效過(guò)濾長(zhǎng)度，因此導(dǎo)致流經(jīng)DPF過(guò)濾壁面的排氣流速升高，從而降低了DPF捕集效率［17］。因此，方案4和方案5中DPF捕集效率下降是由灰分堵頭降低了有效過(guò)濾長(zhǎng)度而導(dǎo)致的。方案7中DPF捕集效率提高則主要?dú)w功于炭煙濾餅層對(duì)炭煙的捕集作用。

圖11示出炭煙和灰分加載量對(duì)2TC柴油機(jī)扭矩的影響。DPF炭煙和灰分加載導(dǎo)致2TC柴油機(jī)動(dòng)力性下降，相比于炭煙和灰分加載僅對(duì)1TC柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況性能影響較大，炭煙和灰分加載導(dǎo)致2TC柴油機(jī)全轉(zhuǎn)速工況范圍動(dòng)力性下降的幅度更均勻。此外，炭煙和灰分加載對(duì)2TC柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響與其對(duì)動(dòng)力性的影響相一致（見(jiàn)圖12）。

圖13示出炭煙和灰分加載量對(duì)2TC柴油機(jī)NOx排放的影響，二級(jí)增壓有效改善了柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況進(jìn)氣充量，因而低轉(zhuǎn)速工況的NOx排放較高。隨著轉(zhuǎn)速升高，二級(jí)增壓極大地提高了進(jìn)氣充量，導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒溫度下降，NOx排放降低［18］。圖14示出炭煙和灰分加載量對(duì)2TC柴油機(jī)soot排放的影響，soot排放規(guī)律與1TC柴油機(jī)類似，方案7各轉(zhuǎn)速工況的soot排放量最高。

2.3DPF炭煙和灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能影響的量化對(duì)比

前文分析了DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC、2TC柴油機(jī)性能的影響，盡管1TC和2TC柴油機(jī)的性能都會(huì)隨DPF炭煙和灰分加載而下降，但不同工況的下降程度存在差異。以下針對(duì)方案7進(jìn)一步量化分析炭煙和灰分加載對(duì)不同增壓系統(tǒng)柴油機(jī)性能的影響。

圖15a所示為DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC、2TC柴油機(jī)動(dòng)力性影響的量化對(duì)比。DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC柴油機(jī)動(dòng)力性的影響隨轉(zhuǎn)速升高而下降，其在1 000 r/min的下降幅度最大（22.8%），而在2 200 r/min的下降幅度最?。?.1%）。相反，DPF炭煙和灰分加載對(duì)2TC柴油機(jī)動(dòng)力性的影響隨轉(zhuǎn)速升高而增加，其在1 000 r/min的下降幅度最?。?.7%），而在2 200 r/min的下降幅度最大（10.7%）。DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC和2TC柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響與動(dòng)力性一致（見(jiàn)圖15b）。其中，1TC柴油機(jī)BSFC在1 000 r/min的升高幅度最大（29.6%），而在2 200 r/min的升高幅度最?。?.2%）；2TC柴油機(jī)BSFC在1 000 r/min的升高幅度最小（7.1%），而在2 200 r/min的升高幅度最大（11.9%）。因此，二級(jí)增壓可以降低DPF炭煙和灰分加載對(duì)柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響。此外，DPF炭煙和灰分加載對(duì)2TC柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響程度差異性較小，表明二級(jí)增壓可以避免炭煙和灰分加載導(dǎo)致柴油機(jī)部分工況的性能急劇惡化。

圖15c示出DPF炭煙和灰分加載對(duì)1TC和2TC柴油機(jī)NOx排放影響的量化對(duì)比。1TC和2TC柴油機(jī)NOx排放均隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而下降，其中1TC柴油機(jī)中低轉(zhuǎn)速工況的NOx排放下降百分比明顯高于2TC柴油機(jī)，這是因?yàn)镈PF炭煙和灰分加載條件下，二級(jí)增壓對(duì)柴油機(jī)中低轉(zhuǎn)速工況的進(jìn)氣充量補(bǔ)償作用比高轉(zhuǎn)速工況更大，提高了中低轉(zhuǎn)速缸內(nèi)空氣量，有利于NOx的生成，因而NOx下降幅度更小。

3結(jié)論

a） DPF炭煙和灰分加載增加了1TC和2TC柴油機(jī)DPF壓降，降低了柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和NOx排放量，增加了soot排放量；

b） 炭煙加載可以提高DPF捕集效率，灰分加載降低了DPF捕集效率；

c） DPF炭煙和灰分加載對(duì)2TC柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響程度差異性較小，表明采用二級(jí)增壓可以避免DPF炭煙和灰分加載導(dǎo)致柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況性能的急劇惡化。

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Effects of Soot and Ash Loading in DPF on Performance of Diesel?Engine with Different Turbocharging Systems

XIE Zhen，ZHANG Jianghong，HU Changning

（Sichuan Vocational and Technical College of Communications，Chengdu611130，China）

Abstract： Based on an in-line six cylinder turbocharged diesel engine test bench， a one-dimensional thermodynamic simulation model of diesel engine equipped with DPF was constructed. The effects of soot and ash loading in DPF on performance of diesel engine with different turbocharging systems were studied. The results show that soot and ash loading in the DPF leads to an increase of exhaust back pressure and a decrease of intake charge for both single-stage turbocharging （1TC） and two-stage turbocharging （2TC） diesel engines， resulting in the decrease of power output and NOx emissions， and the increase of brake specific fuel consumption and soot emissions. Soot is beneficial to filter particles and improve the filtration efficiency of DPF due to its deep-bed soot layer and low permeability. Due to the presence of ash plug， the ash reduces the effective filtration length of the channel， thus reducing the DPF filtration efficiency.Soot and ash loading of the inner DPF caused the power and economy indexes of 1TC diesel engine to decrease by 22.8% and 29.6% respectively at 1 000 r/min， and by 2.1% and 2.2% respectively at 2 200 r/min. The power and economy indexes of 2TC diesel engine decreased by 6.7% and 7.1% respectively at 1 000 r/min， and by 10.7% and 11.9% respectively at 2 200 r/min. Therefore， two-stage turbocharging can reduce the influence of soot and ash loading of the inner DPF on the performance of diesel engine.

Key? words： turbocharged diesel engine；DPF；exhaust back pressure；power；fuel economy

［編輯： 潘麗麗］