添加剂对DPF 再生效率影响试验研究

郭晓轩 孙 泽 李德胜

（1-安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽 合肥 230601 2-天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心））

引言

柴油机有着动力性好，又十分经济的优点，而柴油机排气的有害成分主要有CO、HC、NOx、硫化物以及颗粒物、臭味气体等，其中CO 及HC 排放明显低于汽油机，但NOx、颗粒物及臭味气体却较高[1-2]。且轻型车及重型车国六标准对排放颗粒物数量（particle numbers，PN）有明确要求[3-4]，必须依靠后处理技术才能满足新的排放标准要求，壁流式颗粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）是降低PN/PM 排放有效的装置之一，可以有效过滤柴油机排气中的颗粒排放物，其捕集效率超过95%[5-6]。

随着PM 在PDF 内部的沉积，DPF 两端压降逐渐升高，当排气背压超过一定值时，柴油机工作开始明显恶化，动力性和经济性降低，因此需要用物理或化学方法对沉积的颗粒物进行清除，即DPF 的再生，使DPF 继续正常工作。其中再生效率是DPF 再生的重要评价指标[7]，如何提升DPF 再生效率尤为重要，本文详细研究添加剂对DPF 再生效率影响。

1 试验系统

1.1 试验台架系统

后处理性能试验主要是在后处理试验台架上完成，该试验台架以3.0 L 柴油机作为废气发生源。该机应用Bosch 电控共轨技术和涡轮增压中冷技术，该台架集成由美国西南研究院开发的后处理测试系统，该系统可调节后处理测试支路气体流量和后处理入口温度，从而能研究后处理性能特性，如图1 所示。评价DPF 再生特性时，排气流量设定为300 kg/h，通过设定DPF 入口温度，研究不同温度下再生效率。

图1 后处理试验台架原理图

1.2 试验对象

试验使用江淮某柴油机后处理装置，主要参数如表1 所示。

表1 DPF 主要参数

2 试验方法

2.1 试验规程

1）按文献[8]规定对DPF 进行预处理。

2）完成预处理试验后，通过更改ECU 数据，对DPF 进行强制再生不低于20 min，停机待DPF 中心温度在200 ℃左右拆下DPF 并进行热称重，记录DPF 初始质量。

3）重新安装DPF，发动机工况设定为2 600 r/min@200 N·m，DOC 前温度设定为200 ℃，进行DPF 累碳。目标累碳量为（6.5±0.5）g/L。

4）进行无添加剂时不同再生温度下的DPF 再生效率测试。

5）切换含FBC 添加剂燃油（按8×10-6进行配比），进行不同再生温度下的DPF 再生效率测试。

2.2 试验用油及对比方案

试验用柴油为市售国Ⅴ柴油，4%浓度的铁基FBC，按质量分数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 添加剂。按照表2 对比方案开展试验。

表2 DPF 不同再生对比方案

3 无FBC 再生温度对再生效率试验研究

将碳载量为6.5 g/L 的DPF 按照方案1 进行DPF 再生，再生时间20 min，再生循环结束后，拆除DPF 称重，DPF 内剩余碳量0.1 g，DPF 再生效率为99.53%，通过分析再生过程中DPF 前后压差变化率，对应曲线如图2 所示，20 min 后压差变化率为99.9%，说明DPF 前后压差变化率可以有效评价DPF 再生效率。根据DPF 压差变化率，620 ℃条件下10 min 时DPF 再生效率为96.1%，再生效率较高。

图2 无FBC-620 ℃再生温度DPF 压差变化率

将碳载量为6.4 g/L 的DPF 按照方案2 进行DPF 再生，再生时间20 min，再生过程中DPF 前后压差变化率曲线如图3 所示，根据DPF 压差变化率，500 ℃条件下10 min 时DPF 再生效率为27.8%，再生效率较低，再生缓慢。

图3 无FBC-500 ℃再生温度DPF 压差变化率

4 加FBC 再生温度对再生效率试验研究

将碳载量为6.6g/L 的DPF 按照方案3 进行DPF 再生，再生时间20 min，再生过程中DPF 前后压差变化率曲线如图4 所示，根据DPF 压差变化率，500 ℃条件下10 min 时DPF 再生效率为96.5%，再生效率高，再生较快，且与方案1 再生效率相当。

图4 加FBC-500 ℃再生温度DPF 压差变化率

将碳载量为6.5 g/L 的DPF 按照方案4 进行DPF 再生，再生时间20 min，再生过程中DPF 前后压差变化率曲线如图5 所示，根据DPF 压差变化率，450 ℃条件下10 min 时DPF 再生效率为85.6%，再生效率略低，较方案3 再生效率明显下降。

图5 加FBC-450 ℃再生温度DPF 压差变化率

5 结论

通过对再生效率研究，使用FBC 添加剂可以有效降低再生温度，且再生效率较高，具体如下：

1）未加添加剂时，620 ℃再生温度，再生效率高，10 min 可达到96.1%，超过90%；500 ℃再生温度，再生效率较低，10 min 时再生效率仅为27.8%，远低于90%。

2）加添加剂时，500 ℃再生温度，10 min 对应再生效率为96.5%，超过方案1 再生效率，再生效率较高；450 ℃再生温度，10 min 对应再生效率为85.6%，再生效率稍小于方案3，且对应10 min 再生效率低于90%，不满足再生效率最低要求。

3）添加剂在保证10 min 再生效率的同时，可明显降低再生温度，500 ℃再生温度即可达到要求。