柴油車排氣后處理裝置性能試驗研究

1、2010年(第32卷)第5期汽車工程AutomotiveEngineering2010(Vo.l32)No.52010094柴油車排氣后處理裝置性能試驗研究原稿收到日期為2009年6月24日修改稿收到日期為2009年8月20日。胡毅李孟良李軍方茂東任美林(中國汽車技術研究中心天津300162)[摘要]對氧化催化轉化器(DOC)和柴油機顆粒過濾器(DPF)進行了性能試驗研究。分析了DOC對柴油車排放的影響規(guī)律對DPF的壓降特性和過濾性能進

2、行了試驗。最后還討論了DPF再生過程中的安全問題。關鍵詞:柴油機氧化催化轉化器柴油機顆粒過濾器AnExperimentalStudyonthePerfmanceofExhaustAftertreatmentDevicesinDieselVehicleHuYiLiMengliangLiJunFangMaodongdieselparticulatefilter前言柴油機的主要污染物包括PM和NOx[1]。雖然采用了先進的發(fā)動機設計、燃燒室的

3、開發(fā)以及其它改善排放的發(fā)動機技術但隨著排放法規(guī)的日趨嚴格柴油機需要采用先進的排氣后處理技術如氧化催化轉化器(dieseloxidationcatalystDOC)和柴油顆粒過濾器(dieselparticulatefilterDPF)來滿足法規(guī)要求[2]。文中研究了評價DOC和DPF性能的試驗方法并對試驗中的影響因素作了分析從而保證對柴油車的排氣后處理裝置進行有效地評價。1試驗設備試驗主要是在發(fā)動機臺架上完成。該試驗臺架以Duramax

4、V86600型柴油機作為廢氣發(fā)生源。該機應用Bosch電控共軌技術、EGR冷卻和渦輪增壓中冷技術由Labview軟件調節(jié)發(fā)動機的EGR率和補充燃料噴射(supplementaryfuelinjectionSFI)裝置的噴射量等參數(shù)以改變發(fā)動機的原始排放濃度從而達到不同排放水平的要求。試驗樣機的參數(shù)見表1[3]。表1Duramax6600柴油機性能參數(shù)排量氣缸型式壓縮比最大功率轉速最大轉矩轉速最高轉速616LV81715B1220kW31

5、00r#min1720N#m1800r#min13400rmin評價DPF性能時發(fā)動機排氣系統(tǒng)的SFI裝置后加裝了DOCDPF則安裝在DOC之后這樣可以在300e左右的排氣溫度下實現(xiàn)DPF的連續(xù)再生。SFI裝置采用PID原理來控制噴油器的工作它以DPF的床層溫度作為反饋信號可確保再生時DPF的排氣溫度保持在合理的范圍。柴油和壓縮空氣混合后利用排氣溫度實現(xiàn)燃燒從而進一步提高排氣溫度達到DOC反應的溫度其反應放出熱量2010(Vo.l32)

6、No.5胡毅等:柴油車排氣后處理裝置性能試驗研究#453#通常在DPF前后各加裝一個壓力傳感器通過DPF前后的壓差信號反饋給ECU當壓差超過設定值時ECU就會發(fā)出指令提示駕駛員應采取措施或整車系統(tǒng)自動對DPF進行再生。312過濾性能測試考核評價DPF的最重要的指標是過濾效率。DPF的過濾效率與其狀態(tài)有關除了主動再生時PM氧化燃燒不會發(fā)生過濾的情況外在其余的工作條件下DPF都會對PM起到過濾的作用。完全再生的DPF內基本不存在PM而此時的

7、DPF只能依靠載體的內壁孔隙來過濾顆粒加載PM后的DPF內部有顆粒物存在只要不造成DPF完全堵塞DPF內部已經(jīng)存在的累積的顆粒也會加大阻礙氣流中PM通過的作用。因此已加載PM的DPF的過濾效率要比干凈的再生后的DPF的過濾效率要高。先進行再生后的DPF過濾效率評價。設定DPF加載水平為6gL調整發(fā)動機至DPF加載工況下運行發(fā)動機運轉5min后對DPF的入口上游和出口下游取樣從DPF入口和出口處濾紙收集到的顆粒質量變化量來計算DPF的過濾

8、效率。發(fā)動機在加載工況下運行直至加載到6gL的水平時進行取樣分析測試計算加載PM的DPF的過濾效率。圖4顯示了加載過程中DPF過濾效率和壓降的變化曲線。圖4DPF的過濾效率和壓降曲線從圖4中可以看到隨著內部累積的PM的增加DPF內的壓降迅速上升過濾效率從開始的80%逐漸上升到接近100%。一般DPF在最佳性能狀態(tài)時的過濾效率要求不低于85%。313再生性能測試再生是DPF區(qū)別于其他DOC、TWC等催化轉化器的一個最重要的特性。通過試驗研

9、究分析DPF的再生過程中將會出現(xiàn)的無控制再生現(xiàn)象為今后DPF的評價測試總結經(jīng)驗。DPF的再生通常要求排氣溫度在600~650e。再生試驗過程中DPF內部的溫度通常會出現(xiàn)急劇升高使DPF內部發(fā)生劇烈的熱沖擊現(xiàn)象從而引起DPF載體破裂使DPF失效。PM中的SOF很可能是引起DPF再生初期溫度急劇升高的主要原因。通過標定DPF再生初期的入口溫升率分析DPF再生過程中的內部溫度變化規(guī)律。設定DPF的PM加載水平為8gL因為SiC載體已被證明在8

10、gL的PM加載水平下通常能經(jīng)受無控制再生的考驗[6]。選取若干組熱電偶溫度進行試驗結果的分析。圖5~圖8分別表示DPF溫升率為40、80、120和150emin時再生結果曲線圖所有測試的發(fā)動機工況均相同轉速1700rmin轉矩150N#mSFI噴射系統(tǒng)以DPF的入口溫度為控制目標由PID調節(jié)控制進行工作。圖5DPF入口溫升率為40emin時溫度曲線圖6DPF入口溫升率為80emin時溫度曲線由圖5~圖8可見采取適當?shù)腄PF入口的溫升率可