柴油機(jī)DPF特性測(cè)試評(píng)價(jià)

柴油機(jī)DPF特性測(cè)試評(píng)價(jià)胡帥;孫澤【摘要】隨著汽車排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格,DPF后處理是柴油機(jī)滿足國(guó)六排放法規(guī)的主要技術(shù)方案?基于DPF設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在臺(tái)架上對(duì)DPF壓差和極限情況下的碳載量等特性測(cè)試評(píng)價(jià);累碳初期,壓差增加較快,隨后緩慢增加;同時(shí)在最高溫度允許情況下確定最大碳載量，為后期再生標(biāo)定提供模型輸入.在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行WLTC循環(huán)的排放驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明DPF的捕集效率達(dá)到92%,顆粒物數(shù)量低于排放限值30%,滿足實(shí)際應(yīng)用的工程目標(biāo).【期刊名稱】《汽車實(shí)用技術(shù)》【年(卷),期】2018(000)022【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P98-100)【關(guān)鍵詞】柴油機(jī)顆粒捕集器;壓差特性;最大碳載量;過(guò)濾效率【作者】胡帥;孫澤【作者單位】安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司,安徽合肥230601【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】U467隨著環(huán)境污染的不斷加劇，柴油機(jī)排放得到越來(lái)越多的關(guān)注。DPF(柴油機(jī)顆粒捕集器)是處理柴油車PM和PN的主流技術(shù)，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)也是歐洲主流技術(shù)路線，國(guó)六柴油機(jī)后處理全部加裝此裝置。圖1所示為DPF系統(tǒng)的捕集原理：柴油機(jī)排放的含有大量碳煙微粒的污染物通過(guò)排氣管道進(jìn)入DPF，捕集器內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其兩端一邊是敞開(kāi)，一邊是堵塞的通道壁，廢氣從敞開(kāi)的一端進(jìn)入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰的通道排出。大部分微粒由于體積過(guò)大而無(wú)法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不會(huì)排放到空氣中。本文主要為了滿足DPF壓差模型和最大碳載量等再生標(biāo)定的需要，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上對(duì)DPF壓差、極限情況下的碳載量等關(guān)鍵特性測(cè)試評(píng)價(jià)，以及通過(guò)轉(zhuǎn)轂WLTC排放循環(huán)驗(yàn)證捕集效率，滿足標(biāo)定開(kāi)發(fā)和排放目標(biāo)的達(dá)成的需求。尿素結(jié)晶試驗(yàn)總體布置如圖2所示，試驗(yàn)臺(tái)架主要包括一臺(tái)國(guó)六柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、DPF后處理系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給及油耗測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)功機(jī)及控制系統(tǒng)、排放測(cè)試系統(tǒng)等。試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。DPF常規(guī)耐久工況發(fā)動(dòng)機(jī)初、復(fù)始萬(wàn)有特性煙度偏大，綜合考慮后選擇1400rpm@100Nm作為累碳點(diǎn)，該點(diǎn)初始煙度為7.174，DPF滿載累碳時(shí)間約1h。再生時(shí)DPF前溫度保持在650°C左右，進(jìn)行350次。DTI工況DTI試驗(yàn)降怠速時(shí)刻以再生時(shí)DPF內(nèi)部溫度650C作為觸發(fā)條件，進(jìn)入再生后，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速工況。DPF的壓差特性和極限情況下(DTI)的碳載量是評(píng)價(jià)DPF性能的關(guān)鍵指標(biāo)，為了準(zhǔn)確的反應(yīng)DPF性能，設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。準(zhǔn)確測(cè)試評(píng)價(jià)GPF捕集的碳煙產(chǎn)生壓差，對(duì)后期的標(biāo)定具有重要意義，而發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通過(guò)GPF壓差包括過(guò)濾壁壓差、灰分產(chǎn)生的壓差、碳煙產(chǎn)生的壓差之和，即其中,^P總為總壓差；過(guò)濾為過(guò)濾壁的壓差；總灰分為灰分的壓差；碳煙為碳煙的壓差；Q為流量；A碳煙、A灰分、A碳煙為計(jì)算因子；在GPF初始狀態(tài)的情況下，灰分累積的量較少，可以忽略對(duì)壓差的影響。在壓力傳感器測(cè)試總壓差、和計(jì)算排氣量通過(guò)過(guò)濾壁的壓差，即計(jì)算碳煙產(chǎn)生的壓差。結(jié)果如下：如圖2所示，在累碳初期，壓差增加較快，斜率比較大；主要原因是開(kāi)始累積的碳進(jìn)入DPF過(guò)濾孔道內(nèi)，這時(shí)產(chǎn)生的壓差較大；隨著累碳量的增加，壓差增加變緩，斜率變小，主要因?yàn)樘祭鄯e覆蓋在DPF過(guò)濾壁表面，形成蛋糕層，累碳量增加、壓差增加，基本上形成正相關(guān)的關(guān)系。圖3所示為試驗(yàn)初始階段再生循環(huán)過(guò)程中DPF前后壓力變化曲線，從圖中可以看出，隨著DPF碳載量不斷增加其前后壓差在不斷變大，當(dāng)DPF滿載時(shí)，其前后壓差達(dá)到7kPa左右，隨即進(jìn)入再生工況，壓差減小，再生完全后（即空載）DPF前后壓差保持在2.5kPa左右。圖4所示為試驗(yàn)結(jié)束階段最后10次再生循環(huán)過(guò)程中DPF前后壓力變化曲線，和圖4相比，DPF滿載時(shí)前后壓差基本一致，都保持在7kPa左右，但在試驗(yàn)結(jié)束階段DPF空載時(shí)壓差約3kPa左右，比初始階段壓差增大0.3~0.5kPa;說(shuō)明經(jīng)過(guò)350h試驗(yàn)后，DPF內(nèi)儲(chǔ)存了一定量的灰分（從稱重結(jié)果來(lái)看，灰分約7.3g）。降怠速極限情況下（DTI）的碳載量，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試不同溫度、碳載量情況下的再生最高溫度，考慮DPF的允許載碳量6~7g，按照該目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，確定最大累碳量，作為后期標(biāo)定的輸入。圖4和圖5所示為DTI試驗(yàn)過(guò)程中DPF中心溫度變化曲線。6g/L碳載量DTI試驗(yàn)進(jìn)入DTI時(shí)刻為DPF中心溫度達(dá)650°C,DPF前溫度達(dá)到620°C（再生溫度）距DTI時(shí)刻約36S；DPF中心溫度最高達(dá)955C,在安全范圍內(nèi)。7g/L碳載量DTI試驗(yàn)進(jìn)入DTI時(shí)刻為DPF中心溫度達(dá)650C,DPF前溫度達(dá)到620C（再生溫度）距DTI時(shí)刻約36S；DPF中心溫度最高達(dá)1067C,小于碳化硅載體最高耐受溫度1200工，在安全范圍內(nèi)。建議最大碳載量標(biāo)定在7g/L。DPF的捕集效率是測(cè)試評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)，也是能否達(dá)到工程目標(biāo)的核心性能指標(biāo)。因此按照GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)試方法（第六階段）》要求，進(jìn)行WLTC循環(huán)排放測(cè)試，試驗(yàn)三次。試驗(yàn)車使用滑行法加載，匹配計(jì)算換檔線，試驗(yàn)再CVS-4000型定容采樣系統(tǒng)、AMA-4000型氣態(tài)排放物分析系統(tǒng)以及HORIBA2000spcsPN計(jì)數(shù)器，以及METTLERTOLEDO-XP2U（梅特勒-托利多）PM稱重設(shè)備的轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室進(jìn)行；經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后得到PN模態(tài)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果。從圖6~8PN模態(tài)數(shù)據(jù)分析，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行DPF逐漸提升，主要是累積的碳煙占據(jù)過(guò)濾壁，提高過(guò)濾的效率。在整車原排PN為3.52x1012的情況下，加裝DPF的WLTC測(cè)試結(jié)果如圖9所示。在第一次試驗(yàn)中，對(duì)PN的轉(zhuǎn)化效率只達(dá)到82%;第三次試驗(yàn)時(shí)，PN排放為2.8x1011,轉(zhuǎn)化效率為92%，大于90%設(shè)定轉(zhuǎn)化效率，最終排放值低于4.2x1011的工程設(shè)計(jì)目標(biāo)?；趪?guó)六排放法規(guī)對(duì)輕型柴油機(jī)顆粒物排放的要求，針對(duì)某型車的排放開(kāi)發(fā)目標(biāo)，設(shè)計(jì)的DPF特性進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，同時(shí)將測(cè)試數(shù)據(jù)提供給標(biāo)定模型輸入。通過(guò)對(duì)DPF測(cè)試發(fā)現(xiàn)：在壓差特性方面，累碳初期，壓差增加較快；主要原因是開(kāi)始的碳進(jìn)入DPF過(guò)濾孔道內(nèi)，阻力迅速增加，產(chǎn)生的壓差較大；隨著累碳量的增加，壓差增加變緩。碳層在壁表面覆蓋，形成蛋糕層，基本上形成正相關(guān)的關(guān)系測(cè)試不同入口溫度、載碳量情況下的最高溫度，確定最大碳載量。并通過(guò)WLTC排放驗(yàn)證，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化效率和PN排放滿足工程應(yīng)用目標(biāo)。相關(guān)文獻(xiàn)】馬標(biāo)，蔣茂玎,黃偉等?汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒捕集器技術(shù)應(yīng)用研究[