郭曉軒 孫 澤 李德勝

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

引言

柴油機有著動力性好，又十分經(jīng)濟的優(yōu)點，而柴油機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，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準對排放顆粒物數(shù)量（particle numbers，PN）有明確要求[3-4]，必須依靠后處理技術才能滿足新的排放標準要求，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，當排氣背壓超過一定值時，柴油機工作開始明顯惡化，動力性和經(jīng)濟性降低，因此需要用物理或化學方法對沉積的顆粒物進行清除，即DPF 的再生，使DPF 繼續(xù)正常工作。其中再生效率是DPF 再生的重要評價指標[7]，如何提升DPF 再生效率尤為重要，本文詳細研究添加劑對DPF 再生效率影響。

1 試驗系統(tǒng)

1.1 試驗臺架系統(tǒng)

后處理性能試驗主要是在后處理試驗臺架上完成，該試驗臺架以3.0 L 柴油機作為廢氣發(fā)生源。該機應用Bosch 電控共軌技術和渦輪增壓中冷技術，該臺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。評價DPF 再生特性時，排氣流量設定為300 kg/h，通過設定DPF 入口溫度，研究不同溫度下再生效率。

圖1 后處理試驗臺架原理圖

1.2 試驗對象

試驗使用江淮某柴油機后處理裝置，主要參數(shù)如表1 所示。

表1 DPF 主要參數(shù)

2 試驗方法

2.1 試驗規(guī)程

1）按文獻[8]規(guī)定對DPF 進行預處理。

2）完成預處理試驗后，通過更改ECU 數(shù)據(jù)，對DPF 進行強制再生不低于20 min，停機待DPF 中心溫度在200 ℃左右拆下DPF 并進行熱稱重，記錄DPF 初始質(zhì)量。

3）重新安裝DPF，發(fā)動機工況設定為2 600 r/min@200 N·m，DOC 前溫度設定為200 ℃，進行DPF 累碳。目標累碳量為（6.5±0.5）g/L。

4）進行無添加劑時不同再生溫度下的DPF 再生效率測試。

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

2.2 試驗用油及對比方案

試驗用柴油為市售國Ⅴ柴油，4%濃度的鐵基FBC，按質(zhì)量分數(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。

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研究

將碳載量為6.5 g/L 的DPF 按照方案1 進行DPF 再生，再生時間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價DPF 再生效率。根據(jù)DPF 壓差變化率，620 ℃條件下10 min 時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 進行DPF 再生，再生時間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研究

將碳載量為6.6g/L 的DPF 按照方案3 進行DPF 再生，再生時間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。

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 進行DPF 再生，再生時間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，620 ℃再生溫度，再生效率高，10 min 可達到96.1%，超過90%；500 ℃再生溫度，再生效率較低，10 min 時再生效率僅為27.8%，遠低于90%。

2）加添加劑時，500 ℃再生溫度，10 min 對應再生效率為96.5%，超過方案1 再生效率，再生效率較高；450 ℃再生溫度，10 min 對應再生效率為85.6%，再生效率稍小于方案3，且對應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，可明顯降低再生溫度，500 ℃再生溫度即可達到要求。