郝 斌 張華偉 張清茂 楊振中 王麗君

（1-鄭州宇通客車(chē)股份有限公司 河南 鄭州 450016 2-華北水利水電大學(xué)3-吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司）

引言

柴油機(jī)廣泛應(yīng)用于客、貨運(yùn)輸及工程動(dòng)力領(lǐng)域，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活便利做出了巨大的貢獻(xiàn)，但由于燃燒方式的限制，其顆粒物（Particulate Matter，PM）和氮氧化物（Nitrogen Oxides，NOx）排放較高。隨著公眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量關(guān)注程度的不斷提高，業(yè)界和普通群眾對(duì)柴油機(jī)的質(zhì)疑逐漸增強(qiáng)。為了解決柴油機(jī)作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力源與潛在污染源之間的矛盾，很多國(guó)家都制定了嚴(yán)格的排放法規(guī)限制柴油機(jī)的污染物排放，我國(guó)目前已實(shí)施國(guó)Ⅴ排放法規(guī)，而國(guó)Ⅵ排放法規(guī)也在逐步實(shí)施。研究表明，僅依靠缸內(nèi)燃燒優(yōu)化難以滿足國(guó)Ⅴ、國(guó)Ⅵ排放法規(guī)的要求，由多種不同類型后處理單元組成的集成式后處理系統(tǒng)已成為新生產(chǎn)柴油機(jī)的必要裝備，其中，柴油機(jī)氧化催化器（Diesel Oxidation Catalyst，DOC）+柴油機(jī)微粒捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）及DOC+DPF+選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）的集成式后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案由于具有較高的凈化效果、較低的匹配標(biāo)定工作量及一定的成本優(yōu)勢(shì)而被廣泛采用[1]。

柴油機(jī)PM 經(jīng)DOC 或DPF 處理后，其自身物理化學(xué)特性將發(fā)生改變，而在PM 進(jìn)入下游后處理單元繼續(xù)污染物凈化時(shí)，其改變后的物理化學(xué)特性必將對(duì)下游后處理單元中污染物的凈化機(jī)理、效果等產(chǎn)生影響。因此，DOC、DPF 對(duì)柴油機(jī)PM 物理化學(xué)特性的影響規(guī)律成為集成式后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、匹配標(biāo)定工作中需要重點(diǎn)關(guān)注的理論基礎(chǔ)。但目前，針對(duì)DOC、DPF 影響柴油機(jī)PM 物理化學(xué)特性的研究鮮有報(bào)道。此外，目前已商業(yè)化應(yīng)用的DPF 均為壁流式陶瓷濾芯DPF，而金屬濾芯DPF 已顯示出對(duì)陶瓷濾芯DPF 的替代潛力[2-3]，但目前還未能檢索到針對(duì)金屬濾芯DPF 中PM 物理化學(xué)特性變化規(guī)律的研究報(bào)道。

碳煙作為柴油機(jī)PM 最重要的成分，提高其氧化活性有利于改善后處理系統(tǒng)的PM 凈化效果，降低后處理系統(tǒng)的使用成本。目前，碳煙氧化活性的變化規(guī)律及機(jī)理已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Fan 等[4]的研究結(jié)果表明，柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙的氧化活性與碳煙的石墨化程度相關(guān)性較好；而Wei 等[5]發(fā)現(xiàn)，隨柴油機(jī)缸內(nèi)碳煙石墨化程度的提高，碳煙的氧化活性下降；Wang 等[6]發(fā)現(xiàn)，廢氣再循環(huán)技術(shù)能夠降低柴油機(jī)缸內(nèi)平均燃燒溫度，導(dǎo)致碳煙石墨化程度下降，碳煙的氧化活性提高。

柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒過(guò)程高瞬變特性使缸內(nèi)燃燒所生成碳煙的石墨化程度普遍較低，碳煙納觀結(jié)構(gòu)的規(guī)則程度介于石墨和無(wú)定形碳之間，使用拉曼散射光譜（Raman scattering spectroscopy，RSS）和電子能量損失譜（Electron Energy Loss Spectroscopy，EELS）技術(shù)可以快捷有效地對(duì)柴油機(jī)碳煙的石墨化程度進(jìn)行測(cè)量：

1）RSS 技術(shù)通過(guò)對(duì)比碳煙中石墨晶體振動(dòng)模式碳原子含量與非石墨晶體振動(dòng)模式碳原子含量，半定量評(píng)價(jià)碳煙的石墨化程度[7]；

2）EELS 技術(shù)通過(guò)對(duì)比碳煙中大π 鍵SP2雜化碳原子含量與碳碳雙鍵SP2雜化碳原子含量，半定量評(píng)價(jià)碳煙的石墨化程度[8]。

以上2 種石墨化程度評(píng)價(jià)方法都廣泛應(yīng)用于含碳微粒石墨化程度的評(píng)價(jià)工作中，但針對(duì)2 種方法評(píng)價(jià)結(jié)果與微粒氧化活性的相關(guān)性研究尚待開(kāi)展。

本文采用RSS 分析技術(shù)、EELS 分析技術(shù)及熱重分析技術(shù)，研究了DOC 和金屬濾芯DPF 對(duì)柴油機(jī)排氣碳煙石墨化程度和氧化活性的影響規(guī)律，并分析了2 種石墨化程度評(píng)價(jià)方法所得結(jié)果與碳煙氧化活性的相關(guān)性，以及DOC 對(duì)上述相關(guān)性的作用效果。研究結(jié)果將為柴油機(jī)集成式后處理系統(tǒng)和金屬濾芯DPF 的設(shè)計(jì)優(yōu)化及推廣應(yīng)用提供有益參考。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 碳煙取樣裝置及方法

柴油機(jī)排氣碳煙取樣平臺(tái)如圖1 所示。試驗(yàn)柴油機(jī)為某型國(guó)產(chǎn)渦輪增壓、電控高壓共軌柴油機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。采用杭州奕科機(jī)電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的WDFZ 型水力測(cè)功機(jī)控制和測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。采用北京航科金星自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的K 型熱電偶測(cè)量不同取樣點(diǎn)位的排氣溫度。本文采用的柴油機(jī)后處理系統(tǒng)為商業(yè)DOC 和定制金屬濾芯DPF 組成的集成式后處理系統(tǒng)，其中，DOC采用優(yōu)美科汽車(chē)催化劑有限公司生產(chǎn)的蜂窩式DOC，尺寸為φ143.8×152.4 mm，載體材料為堇青石陶瓷，催化劑為Pt，總負(fù)載量約為4 g；DPF 采用國(guó)產(chǎn)金屬氈卷材作為濾芯，金屬濾芯的材質(zhì)為FeCrAl 耐熱合金，尺寸為φ175.6×212 mm。本文采用自行開(kāi)發(fā)的碳煙取樣器采集柴油機(jī)排氣碳煙樣品，其結(jié)構(gòu)及具體取樣方法見(jiàn)文獻(xiàn)9。此外，在進(jìn)行石墨化程度和氧化活性表征前還需對(duì)碳煙樣品進(jìn)行前處理，以滿足表征實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品狀態(tài)的特定要求，樣品前處理的具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)9。

圖1 柴油機(jī)排氣碳煙取樣平臺(tái)示意圖

表1 取樣試驗(yàn)用柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

1.2 取樣工況及取樣點(diǎn)位

本文選擇了柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中的3 個(gè)點(diǎn)位分別進(jìn)行PM 取樣，分別為：Ⅰ點(diǎn)：DOC 前（原機(jī)排放）；Ⅱ點(diǎn)：DOC 后、DPF 前；Ⅲ點(diǎn)：DPF 后。同時(shí)，本文選擇ESC 試驗(yàn)循環(huán)確定的A、B、C 3 個(gè)轉(zhuǎn)速，并在每個(gè)轉(zhuǎn)速分別再選取50%和100%2 個(gè)負(fù)荷作為PM 取樣工況。各工況編號(hào)及其對(duì)應(yīng)的工況參數(shù)見(jiàn)表2。

1.3 石墨化程度表征方法

柴油機(jī)排氣碳煙石墨化程度采用美國(guó)Thermo Scientific 公司生產(chǎn)的DXR 型顯微拉曼散射光譜儀評(píng)價(jià)。碳煙的一階RSS 譜圖中有2 個(gè)相互部分重疊的特征峰，一個(gè)是位于1 580 cm-1附近，由理想石墨碳原子伸縮振動(dòng)而產(chǎn)生的G 峰，另一個(gè)是位于1 360 cm-1附近，由無(wú)定形碳原子、非石墨晶體碳原子及有機(jī)物中碳原子等非石墨碳原子共同產(chǎn)生的D峰。而D 峰按照不同類型非石墨碳原子的貢獻(xiàn)可以進(jìn)一步分解為D1～D4峰，其中，D1峰是晶體的局部結(jié)構(gòu)由六方對(duì)稱性向更低對(duì)稱性轉(zhuǎn)變或失去對(duì)稱性而產(chǎn)生的特征峰，對(duì)應(yīng)的碳原子是石墨晶體中不可能出現(xiàn)的碳原子，因此，本文定義G 峰峰面積與D1峰峰面積的比值（AG/AD1）為樣品的石墨化程度。具體的測(cè)試條件、分峰規(guī)則及峰面積求解方法見(jiàn)文獻(xiàn)10。

表2 PM 取樣工況

本文還采用美國(guó)FEI 公司生產(chǎn)的Tecnai G2 F20型場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡上裝備的863 型EELS 附件評(píng)價(jià)了柴油機(jī)排氣碳煙的石墨化程度。由于不同碳煙具有極其相似的EELS 譜圖，很難直觀地通過(guò)每條EELS 譜線的線形來(lái)區(qū)別樣品的石墨化程度，因此，本文采用雙窗口積分法來(lái)定量獲取微粒樣品EELS 譜線的π*峰和σ*峰的峰強(qiáng)比（），并以該比值來(lái)表征碳煙的石墨化程度。具體的測(cè)試條件和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)文獻(xiàn)11。

1.4 氧化活性表征方法

本文采用瑞士梅特勒-托利多公司生產(chǎn)的TGA/DSC1 型同步熱分析儀表征柴油機(jī)排氣碳煙的氧化活性。實(shí)驗(yàn)條件為：保護(hù)氣為100 mL/min 流量的高純N2；氧化氣氛為100 mL/min 流量的10%（體積比）O2+N2（平衡氣）；升溫范圍為：50～800 ℃，升溫速率為5 ℃/min；樣品池選用70 μL 鉑金坩堝；樣品量為10 mg?；跓嶂貙?shí)驗(yàn)所獲得的熱重曲線，本文通過(guò)Arrhenius 方程計(jì)算得到不同碳煙樣品的氧化反應(yīng)表觀活化能（Ea），具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)12。

2 結(jié)果與討論

2.1 DOC 和金屬濾芯DPF 對(duì)柴油機(jī)排氣碳煙AG/AD1 的影響

圖2 為不同工況、不同取樣點(diǎn)位柴油機(jī)排氣碳煙的RSS 光譜中AG/AD1的測(cè)量結(jié)果?？梢钥闯?，本文所取樣各種碳煙的AG/AD1處于0.205～0.293 之間，表明無(wú)論是否經(jīng)過(guò)DOC、金屬濾芯DPF 處理，碳煙樣品中非石墨晶體碳原子含量均遠(yuǎn)超過(guò)石墨晶體碳原子含量。

圖2 不同工況、不同取樣點(diǎn)位碳煙樣品的石墨化程度（AG/AD1）

相同轉(zhuǎn)速下，原機(jī)排放碳煙的AG/AD1隨負(fù)荷的增加而顯著提高。增加噴油量是提高柴油機(jī)負(fù)荷最常用的措施，而隨噴油量的增加，柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒壓力、溫度顯著提高，缸內(nèi)碳煙氧化誘導(dǎo)石墨化反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致碳煙中更多碳原子能夠演化成最穩(wěn)定的石墨晶體碳原子，AG/AD1提高。此外，A、B、C 轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷從50%提升到100%時(shí)，AG/AD1的漲幅分別為11.5%、12.2%和7.2%，表明低、中轉(zhuǎn)速下，AG/AD1對(duì)負(fù)荷的變化更為敏感。低、中轉(zhuǎn)速下，缸內(nèi)碳煙氧化反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，負(fù)荷升高對(duì)碳煙氧化誘導(dǎo)石墨化反應(yīng)程度的提升作用更明顯，因此，這些工況下AG/AD1對(duì)負(fù)荷的變化更為敏感。50%負(fù)荷下，隨轉(zhuǎn)速增加，AG/AD1先下降再小幅提高；100%負(fù)荷下，隨轉(zhuǎn)速增加，AG/AD1平穩(wěn)下降；而2 種負(fù)荷下，從A 轉(zhuǎn)速提升到C 轉(zhuǎn)速，AG/AD1的降幅分別為5.0%和8.6%，表明高負(fù)荷下，轉(zhuǎn)速對(duì)AG/AD1的作用效果更強(qiáng)。高負(fù)荷下，碳原子晶體形態(tài)的轉(zhuǎn)化更迅速，反應(yīng)時(shí)間對(duì)碳煙氧化誘導(dǎo)石墨化反應(yīng)程度的作用效果更明顯，碳煙中石墨/非石墨晶體碳原子含量對(duì)轉(zhuǎn)速的變化更敏感。100%負(fù)荷下，與A、C 轉(zhuǎn)速工況相比，B 轉(zhuǎn)速工況具有最高的最大爆發(fā)壓力和博許煙度（數(shù)據(jù)未提供），表明該工況下缸內(nèi)碳煙生成反應(yīng)最劇烈，碳原子結(jié)晶歷程穩(wěn)定性最差，導(dǎo)致該工況下AG/AD1最小。

與原機(jī)排放碳煙相比較，不同工況下DOC 出口端碳煙的AG/AD1均提高；相同轉(zhuǎn)速下，DOC 出口端碳煙的AG/AD1漲幅隨負(fù)荷的上升而提高；不同負(fù)荷下，DOC 出口端碳煙的AG/AD1漲幅隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。本文所采用DOC 中催化劑催化非石墨晶體碳原子氧化反應(yīng)的起燃溫度低于300 ℃，而所有取樣工況下的DOC 入口溫度均超過(guò)300 ℃（見(jiàn)表2），表明DOC 中已經(jīng)能夠發(fā)生非石墨晶體碳原子的催化氧化反應(yīng)及氧化誘導(dǎo)石墨化反應(yīng)，而石墨晶體碳原子的氧化活性遠(yuǎn)低于非石墨晶體碳原子的氧化活性，即使前者在DOC 中也發(fā)生了催化氧化反應(yīng)，反應(yīng)速度也低于后者所發(fā)生催化氧化反應(yīng)的速度。上述幾個(gè)反應(yīng)綜合作用的結(jié)果是非石墨晶體碳原子的消耗速度大于石墨晶體碳原子的消耗速度。隨負(fù)荷的升高，柴油機(jī)排氣溫度上升，DOC 中催化劑的催化活性相應(yīng)提高，PM 中2 種碳原子消耗速度的差異進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致非石墨晶體碳原子含量顯著下降，AG/AD1提高。高轉(zhuǎn)速工況下，排氣中的顆粒物較多，排氣流量較大，DOC 催化的非石墨晶體碳原子氧化反應(yīng)程度較低，導(dǎo)致DOC 處理后碳煙的AG/AD1下降幅度顯著減少。

當(dāng)步長(zhǎng)因子足夠小時(shí)，更新過(guò)程{P(t),t≥0}收斂到特定常微分方程的解，并且方程的穩(wěn)定點(diǎn)等價(jià)于過(guò)程{P(t),t≥0}的納什均衡點(diǎn)[17]，常微分方程表示為：

除C2 工況外，其它工況下DPF 出口端PM 的AG/AD1變化幅度都不大，且規(guī)律性不明顯，表明金屬濾芯DPF 對(duì)AG/AD1影響較小。而C2 工況金屬濾芯DPF 處理后PM 中AG/AD1小幅（4.6%）提高，原因有待進(jìn)一步研究。

2.2 DOC 和金屬濾芯DPF 對(duì)柴油機(jī)排氣碳煙R值的影響

本文還基于EELS 技術(shù)開(kāi)展了DOC、金屬濾芯DPF 對(duì)排氣碳煙石墨化程度影響規(guī)律的研究，結(jié)果如圖3 所示。從中可以看出，不同工況、不同取樣點(diǎn)位碳煙的R 值處于0.094～0.136 之間，表明本文所取樣各種碳煙中大π 鍵SP2雜化碳原子的含量遠(yuǎn)低于碳碳雙鍵SP2雜化碳原子的含量。

圖3 不同工況、不同取樣點(diǎn)位碳煙樣品的石墨化程度（R 值=Iπ*/Iσ*）

相同轉(zhuǎn)速下，原機(jī)排放碳煙的R 值隨負(fù)荷的增加而提高：A、B、C 轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷從50%提升到100%時(shí)，R 值的漲幅分別為16.3%、17.3%和16.0%，表明不同轉(zhuǎn)速下，R 值對(duì)負(fù)荷的敏感度均較高。50%和100%負(fù)荷下，隨轉(zhuǎn)速增加，R 值均逐漸下降，從A 轉(zhuǎn)速提升到C 轉(zhuǎn)速，R 值的降幅分別為9.6%和9.9%，表明不同負(fù)荷下，R 值對(duì)轉(zhuǎn)速的敏感度也相近。對(duì)比2.1 的研究結(jié)果，盡管在定量結(jié)果上有差異，但轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)R 值的影響規(guī)律與它們對(duì)AG/AD1的影響規(guī)律在定性結(jié)果上非常相似，表明RSS 和EELS 2 種方法在柴油機(jī)排氣碳煙石墨化程度評(píng)價(jià)方面具有密切的關(guān)聯(lián)。

與原機(jī)排放碳煙相比較，不同工況下DOC 出口端碳煙的R 值均提高；相同轉(zhuǎn)速下，DOC 出口端碳煙的R 值漲幅隨負(fù)荷的增加而提高，且不同轉(zhuǎn)速下的漲幅相近；50%和100%負(fù)荷下，DOC 出口端碳煙的R 值漲幅隨轉(zhuǎn)速的升高逐漸下降；以上定性規(guī)律同樣與碳煙中AG/AD1的變化規(guī)律極為相似。DOC 對(duì)碳碳雙鍵SP2雜化碳原子氧化反應(yīng)的催化效果明顯超過(guò)其對(duì)石墨中大π 鍵SP2雜化碳原子氧化反應(yīng)的催化效果，在DOC 的作用下，前者的消耗速度比后者的消耗速度快，導(dǎo)致R 值提高。隨負(fù)荷的提高，排氣溫度上升，2 種雜化碳原子催化氧化反應(yīng)速度的差異增大，相同轉(zhuǎn)速（相同反應(yīng)時(shí)間）下，R 值的漲幅增大；而隨轉(zhuǎn)速的提高，碳煙在DOC 中的停留時(shí)間縮短，同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度下降，導(dǎo)致R 值增幅減小。

除B2、C2 工況外，DPF 出口端碳煙的R 值變化幅度都不大，且無(wú)規(guī)律，表明低速和低負(fù)荷工況下，金屬濾芯DPF 對(duì)R 值影響較小。而B(niǎo)2、C2 工況下，金屬濾芯DPF 處理后碳煙中R 值提高幅度相對(duì)較大（4.8%和5.1%），且C2 工況的R 值漲幅超過(guò)了B2工況R 值的漲幅，原因也有待進(jìn)一步研究。

2.3 DOC 和金屬濾芯DPF 對(duì)柴油機(jī)排氣碳煙Ea 的影響

本文基于熱重分析技術(shù)開(kāi)展了DOC、金屬濾芯DPF對(duì)排氣碳煙氧化活性影響規(guī)律的研究，結(jié)果如圖4所示。從中可以看出，本文所取樣碳煙的Ea處于138.9～168.1 kJ/mol 之間。

圖4 不同工況、不同取樣點(diǎn)位碳煙的氧化反應(yīng)表觀活化能（Ea）

相同轉(zhuǎn)速下，原機(jī)排放碳煙的Ea隨負(fù)荷的上升而提高，A、B、C 轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷從50%提升到100%，Ea的漲幅分別為6.1%、4.1%和2.6%，表明隨轉(zhuǎn)速增加，碳煙氧化活性（Ea）對(duì)負(fù)荷的敏感度逐漸降低。50%和100%負(fù)荷下，隨轉(zhuǎn)速的增加，Ea逐漸降低，從A 轉(zhuǎn)速提升到C 轉(zhuǎn)速，Ea的降幅分別為7.2%和10.3%，表明高負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)Ea的作用效果略有提高。對(duì)比2.1 和2.2，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)Ea的影響規(guī)律與它們對(duì)AG/AD1和R 值的影響規(guī)律非常相似。柴油機(jī)排氣碳煙的石墨化程度越高（AG/AD1和R 值越大），碳煙內(nèi)部石墨晶形碳原子的含量越大，而由于石墨晶形碳原子比非石墨晶形碳原子及其它雜質(zhì)的氧化活性更低，從而導(dǎo)致PM 整體氧化活性下降，Ea升高。

與原機(jī)排放碳煙相比，不同工況下DOC 出口端碳煙的Ea明顯提高；且低、高轉(zhuǎn)速下，DOC 出口端碳煙的Ea漲幅隨負(fù)荷的增加而提高，中等轉(zhuǎn)速下，Ea漲幅隨負(fù)荷的增加而略有下降。50%和100%負(fù)荷下，DOC 出口端碳煙的Ea漲幅隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。以上規(guī)律同樣與碳煙中AG/AD1和R 值的變化規(guī)律非常相似。DOC 對(duì)碳煙中各類含碳物種的氧化反應(yīng)催化活性不盡相同，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化都會(huì)影響到不同物種催化氧化反應(yīng)速度的差距，造成DOC 出口端碳煙中的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并進(jìn)一步導(dǎo)致碳煙整體氧化活性的相應(yīng)變化。但從圖1～圖3的對(duì)比可知，DOC 對(duì)碳煙中Ea的作用效果明顯弱于其對(duì)AG/AD1和R 值的作用效果。這是因?yàn)?，石墨化程度只是影響碳煙氧化活性的諸多因素之一，而碳煙的整體氧化活性是諸多影響因素綜合作用的結(jié)果，其變化規(guī)律與碳煙氧化活性變化規(guī)律的差別說(shuō)明，碳煙氧化活性影響因素中存在與石墨化程度作用效果相反的影響因素，且其對(duì)碳煙氧化活性的作用效果也比較明顯。

2.4 碳煙氧化活性與石墨化程度的相關(guān)性分析

以上研究結(jié)果表明，DOC 處理前、后碳煙的Ea與AG/AD1或R 值具有相似的變化規(guī)律。為精確判定AG/AD1和R 值對(duì)Ea的作用效果，本文開(kāi)展了DOC 處理前、后碳煙中AG/AD1和R 值與Ea之間的相關(guān)性分析。此外，由于金屬濾芯DPF 處理前、后碳煙AG/AD1、R 值和Ea的變化幅度太小，難以保證相關(guān)性分析結(jié)果的可靠性，因此，本文未分析金屬濾芯DPF 對(duì)Ea與AG/AD1或R 值之間相關(guān)性的影響規(guī)律。

圖5 為DOC 處理前碳煙的Ea與AG/AD1或R 值的相關(guān)性分析結(jié)果，所擬合出Ea與AG/AD1或R 值的相關(guān)性方程分別為：y=0.001 7x -0.036 7 和y=0.001 2x-0.071 8，決定性系數(shù)（R2）分別為0.685 和0.634。從Ea與AG/AD1或R 值的相關(guān)性分析結(jié)果來(lái)看，AG/AD1或R 值2 個(gè)碳煙石墨化程度的表征參數(shù)確實(shí)都與碳煙的氧化活性之間具有一定的關(guān)聯(lián)性。此外，從R2的對(duì)比可知，Ea與AG/AD1之間的相關(guān)性略微超過(guò)Ea與R 值之間的相關(guān)性，表明DOC 處理前碳煙的氧化活性與AG/AD1具有更大的相關(guān)性，但差距不大。

圖5 DOC 處理前碳煙中Ea 與AG/AD1 或R 值之間的相關(guān)性

圖6 為DOC 處理后碳煙的Ea與AG/AD1或R 值的相關(guān)性分析結(jié)果，所擬合出的Ea與AG/AD1或R 值的相關(guān)性方程分別為：y=0.002 7x -0.167 和y=0.001 2x-0.069 0，R2分別為0.752 和0.641。可以看出，經(jīng)DOC 處理后，Ea與AG/AD1擬合方程的R2提高了5.3%，而Ea與R 值擬合方程R2的變化幅度極小。以上結(jié)果表明，DOC 能夠提高碳煙中Ea與AG/AD1之間的相關(guān)性，但作用效果并不強(qiáng)烈，而其對(duì)碳煙中Ea與R 值之間的相關(guān)性幾乎沒(méi)有影響。目前，針對(duì)DOC 影響碳煙物理化學(xué)特性與氧化活性之間相關(guān)性的研究報(bào)道極為罕見(jiàn)，作者未能找到本文中DOC 對(duì)Ea與AG/AD1之間相關(guān)性改善機(jī)制的合理解釋，該結(jié)果有待進(jìn)一步研究。

圖6 DOC 處理后碳煙的Ea 與AG/AD1 或R 值之間的相關(guān)性

3 結(jié)論

1）本文所取樣柴油機(jī)排氣碳煙的AG/AD1、R 值及Ea分別處于0.205～0.293、0.094～0.136 及138.9～168.1 kJ/mol 之間。

2）B1 工況原機(jī)排放碳煙的AG/AD1最小；其它工況下，隨轉(zhuǎn)速的升高，原機(jī)排放碳煙的AG/AD1降低，隨負(fù)荷的增加，AG/AD1提高；且低、中轉(zhuǎn)速或高負(fù)荷工況下，AG/AD1分別對(duì)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的變化更為敏感。DOC 處理后碳煙的AG/AD1均明顯提高，且AG/AD1漲幅隨負(fù)荷的升高而提高，隨轉(zhuǎn)速的升高先小幅下降再急劇下降。除C2 工況外，金屬濾芯DPF 處理后碳煙的AG/AD1呈無(wú)規(guī)律變化且變化幅度不大。

3）原機(jī)排放碳煙的R 值隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，隨負(fù)荷的升高而提高，且不同轉(zhuǎn)速下，R 值對(duì)負(fù)荷的敏感度均較高，不同負(fù)荷下，R 值對(duì)轉(zhuǎn)速的敏感度也相近。DOC 處理后碳煙的R 值提高，且R 值漲幅也隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，隨負(fù)荷的升高而提高。B2、C2工況下，金屬濾芯DPF 處理后碳煙中R 值小幅提高；其它工況下，金屬濾芯DPF 處理后碳煙的R 值變化幅度不大且無(wú)規(guī)律。

4）原機(jī)排放碳煙的Ea隨負(fù)荷的升高而提高，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，同時(shí)，隨轉(zhuǎn)速的升高，Ea對(duì)負(fù)荷的敏感度逐漸降低，且轉(zhuǎn)速對(duì)Ea的作用效果比負(fù)荷的作用效果強(qiáng)烈。DOC 處理后碳煙的Ea均明顯提高，而Ea漲幅隨負(fù)荷的升高先下降再提高，隨轉(zhuǎn)速的升高先小幅下降再大幅下降。大多數(shù)工況下，金屬濾芯DPF 處理后碳煙的Ea變化幅度不大且無(wú)規(guī)律，但B2、C2 工況下，金屬濾芯DPF 處理后碳煙中Ea小幅提高。

5）DOC 處理前碳煙的Ea與AG/AD1或R 值相關(guān)性方程的R2分別為0.685 和0.634，表明AG/AD1或R值都與碳煙的氧化活性具有一定的相關(guān)性，且Ea與AG/AD1之間的相關(guān)性略微超過(guò)Ea與R 值之間的相關(guān)性。DOC 處理后碳煙的Ea與AG/AD1和R 值相關(guān)性方程的R2分別為0.752 和0.641，且DOC 對(duì)Ea與AG/AD1之間的相關(guān)性具有一定的促進(jìn)作用，而對(duì)Ea與R 值之間的相關(guān)性影響不大。