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1、缸内后喷对CDPF温度特性及再生效率的影响摘要：随着排放法规的日益严格，DOC+CDPF己经成为降低柴油机排放C0、THC和颗粒物的主流技术。而CDPF再生是目前技术发展的主要阻碍之已经成为各个科研单位的主要研究方向，用缸内后喷的再生方式来使尾气温度提升至CDPF的起燃温度有着简化供油系统、节省系统空间等优点。本文主要研窕的是再生过程中缸内后喷对DOC、CDPF的影响，发现缸内后喷可以使尾气达到DOC的起始工作温度，而次后喷可以使D0C出口温度达到CDPF的再生温度。试验过程中良好的控制了CDPF入口再生温度，得到了再生效率的变化规律，在500°C,20min工况下再生效率达到98%

2、,满足再生要求，并且总结了一种标定的试验方法，为以后研究的进行积累了宝贵的经验。关键词：柴油机后处理；DOC：CDPF：缸内后喷：再生中图分类号：TK427文献标识码：BEffectofIn-cylinderBackfireonCDPFTemperatureandRegenerationEfficiencyAbstract：With(heincreasinglystringentemissionregulations,DOC+CDPFhasbecomethemainstreamtechnologytoreducetheemissionofCO.THCandparticulatematterin

3、dieselengines.CDPFregenerationisoneofthemainobstaclestothedevelopmentoftechnologyatpresent,hasbecomethemainresearchdirectionofeachresearchunit.Aftertheregenerationofthecylinder,theexhaustgastemperatureisincreasedtoCDPF,theignitiontemperaturehas(headvantagesofsimplifying(hefuelsupplysystem,savingthes

4、ystemspaceandsoon.ThemainresearchofthispaperistostudytheinfluenceofDOCandCDPFinthecylinderaftertheregenerationprocess.Thestudyfoundthatafter(hecylindercanmaketheexhaustgastoachievetheDOCoftheignitiontemperature,andthesecondafterthespraycanmaketheDOCoutlettemperatureofCDPFoftheregenerationtemperature

5、.Intheprocessoftheexperiment,theregenerationtemperatureofCDPFinletiscontrolled,thechangelawofregenerationefficiencyisobtained.At500°C,20minundertheconditionsoftheregenerationefficiencyreached98%,(omeettherequirementsofregeneration.Andacalibrationtestmethodissummarized,whichhasaccumulatedvaluabl

6、eexperienceforfutureresearch.Keywords：Dieselaftertreatment;DOC;DPF;cylinderpost-injection;regeneration。引言目前，解决柴油机颗粒物排放最有效、最通用的后处理技术是在排气管后加装柴油颗粒捕集器(DPF),它的捕集效率可以达到90%以上，大大降低了颗粒物排放。但是DPF有两大关键技术尚未完全解决，一是材料，二是再生技术。当前国内外各大科研单位、生产厂商就DPF的再生过程展开了深入的研究。1DPF的再生技术表1DPF的再生方式主动再生被动再生燃烧器喷油加热再生电加热再牛.微波加热再生红外加热再生燃料

7、添加剂催化再生连续再生过滤系统(CRT)催化连续再生过滤系统(CCRT)DPF的再生技术分为两种：主动再生与被动再生。表1列出了各种主要的再生方式川。在DPF的诸多再生方法之中，研究力度最大且应用范围最广的是喷油助燃，基本上可以将其分为以下三种：一是燃烧器喷油助燃再生，该系统结构简单、易于控制，但排气流速大，难以形成火焰同；二是氧化催化转化器(DOC)上游排气管内二次燃油喷射(SF1)再生，该再生系统利用燃油在DOC内的氧化放热提高排气温度，但需考虑多个因素的影响，如燃油喷雾特性、喷油压力和温度、喷油时刻、喷油最、喷油器的位置和喷油方位等等；三是缸内次后喷(LPI)助燃再生【缸内后喷再生是在D

8、PF再生开始时，喷油器在正常喷油的基础上添加两次后喷，第一次后喷紧随主喷之后，燃油在缸内燃烧，提高排气温度,使DOC达到正常工作温度；第二次后喷靠近排气门开启角，此时缸内含有大量废气，温度压力较低，因此很少在缸内燃烧，绝大多数进入DOC氧化燃烧。LPI会少量增加发动机的燃油消耗，对发动机的动力性和DOC入口温度影响较小。增加尾气中的HC浓度，通过DOC对HC的氧化放热提高排气温度，实现DPF主动再生。相对于其他方法而言，缸内后喷利用发动机原有的高压共轨燃油喷射系统，不需在系统中加入额外的喷油设备。在DPF需要再生时，通过INCA操作界面，改变ECU的喷油MAP,保持进气量不变，在远离上止点的时

9、刻喷入燃油。安徽省艾可蓝环保股份有限公司设计了一种DOC与催化型柴油颗粒捕集器(CDPF)组成的再生系统，再生效率可以达到90%以上。目前DPF的主要发展方向是如何控制喷油的方式、时机，既可以提高再生效率，又不会因为喷油过多造成二次污染。高压共轨电控喷油系统的使用大大提高了喷油时机、喷油量的准确度。2试验系统及装置本试验使用东风商用车发动机厂生产型号为EQH160-40的柴油机，发动机详细的技术参数参照表2。试验过程中使用的柴油满足欧四标准，硫含量不超过0.003%，满足后处理催化器的应用要求。后处理系统由安徽省艾可蓝环保股份有限公司自主研发生产的DOC、CDPF及连接管道组成。主要规格参数如

10、表3所示。哀2发动机详细参数分类参数型号东风EQH160-40排壁/L4.752最大输出功率/kW118最大马力160.0最大扭炬.转速/r-min'11200-1600排放标准国四/欧四额定转速/r-min12400最大扭矩/Nm6(X)表3后处理器参数参数DOCCDPF直径/mm228.6228.6长度/mm101.6254孔密度/cpsi400200壁厚/mm0.1016().3048毂体材料革育石菜吉石涂层材料PtK金属贵金属密度/g-cft-'40-图1CDPF再生试验台架实物图图2CDPF再生试验台架示意图发动机试验台架、后处理系统以及一些辅助设备的布置参照图1、图

11、2。试验采用DW250型电涡流测功机、HORIBAMEXA1600DEGR尾气分析仪和AVLSPC472颗粒物分析仪。3再生试验过程试验目的：(1) 确定喷油方式；(2) 进行再生工况标定，DOC入口温度、CDPF入口温度标定；(3) 再生效率标定。本试验采用DOC与CDPF组成尾气后处理系统，首先在试验前先将CDPF放入马沸炉高温氧化燃烧，除去水分、灰分、碳颗粒等杂质，冷却一段时间后，用电子秤量得CDPF质量。DOC虽然也是多孔介质，但是与CDPF存在结构上的区别。研究表明，在低转速下，DOC对颗粒物有一定的过滤效果，但在中高转速下，DOC对粒径大于12()nm的颗粒物无明显作用间。因此正常

12、情况下DOC不会出现堵塞显现，试验前也不需要在马沸炉进行高温燃烧过程。然后将CDPF装上发动机台架进行灌烟，日的是让CDPF满载碳颗粒以进行再生试验.CDPF载体为堇青石，碳颗粒的装载量约为3.0g/L。濯烟前后对CDPF称重，碳颗粒的重量控制在30g左右。灌烟时间可以根据发动机原排放试验时得到的碳颗粒流晨确定。本试验主要研究再生温度和再生时间，工况设为以下几种:480°C,20min>500°C,10min、500°C,15min、500笆，20min、520°C,20min。间。达到再生时间后，再生过程结束，取消发动机后喷、次后喷，退出再生工况

13、，返回低怠速。在500°C,20min再生工况下喷油提前角与喷油量见表4,未进入再生模式时，后喷油量约40g/min,燃油消耗约4.8kg/h,空气量约430kg/h；进入再生模式后，后喷油量约35g/min,次后喷油量约6g/min,燃油消耗约12kg/h,空气量约580kg/h左右。图3再生前后的DPF入口对比图3为CDPF入口在再生过程前后的对比。可见，再生之后的CDPF,碳颗粒已经燃尽，而且剩余的少量不可燃物，如碳酸盐、硫酸盐等杂质，并没有堵塞孔隙。4试验结果分析4.1后喷对温度特性的影响参数未再生再生转速/r-min124002400主喷提前角尸-5-5后喷提前角尸-20-

14、20次后喷提前角-130-13()后唉油量/g-min'14035次后喷油量/g-inin106哀4喷油提前角及喷油图4480°C,20min工况下的温度特性试验开始首先提高发动机转速，由低怠速升至2400r/min。当CDPF入口温度升至150°C以上时，推迟供油提前角、降低共轨喷油轨压，并加入发动机后喷，释放Qg,以此升高发动机出口尾气温度，将DOC入口温度提升到300笆以上啊。当DOC入口温度达到300°C以上时，达到DOC反应温度，加入发动机次后喷，燃油可在DOC中燃烧释放Q次枷，将CDPF入口温度提升到预设的再生温度。通过反馈调节次后喷油房:,控

15、制CDPF入口温度稳定维持在再生温度一段时上图为CDPF在发动机转速24(X)r/min、怠速工况、再生温度480°C、再生时间20min下的温度特性示意图。由图中可见，DPF入口温度升至480笆的再生温度后，各项温度指标非常平稳。尾气的涡后温度比DOC入口温度稍高，因为从发动机涡后到DOC由段长度约1m的排气管连接，存在一定热量的散失。而DOC与CDPF距离较近，在中间缝隙处安置一个温度传感器，可以认为DOC的出口温度与CDPF的入口温度相等。(b)500°C,20minDOC入口与出口温度图5DOC入口与出口的温度特性600P、暑25050075010001250150

16、0t/s(a)480°C,20minDOC入口与出口温度-200250500750100012501500t/s100P、始观口Ynda图5(b)所示，在试验开始后约80s,DOC入口温度缓慢上升至177°C,然后开始在发动机加入缸内后喷，后喷燃料释放的热量提升了尾气的温度，涡后、DOC入口及CDPF入口温度开始急剧上升。图5(a)中起始温度为150°C,其温度走势与图5(b)80s后的相同。两种工况下，DOC入口温度在上升至峰值335笆左右后逐渐稳定至315°C,同时CDPF入II温度仍在不断升高至再生温度。可见，次后喷的燃油几乎没有在缸内燃烧，而是随

17、着尾气进入DOC后才开始燃烧释放热量；而在这两种工况下CDPF入口达到再生温度时，DOC的正常工作温度为315°C.4.1.2后喷对DPF温度特性的影响由图4可知，试验开始时DOC入口温度很低。开始缸内后喷，DOC、CDPF的入口温度持续上升，CDPF出口温度经历短暂下降后也在缓慢上升，然而DPF的出入口温差却在不断增大，最大局达190°C。图6480C,20min工况下CDPF出入口温差图6为480°C,20min工况下CDPF出入口温差示意图。当DOC开始燃烧，CDPF入口温度开始剧烈升高，同时CDPF出口温度也有一定程度的上升。然而CDPF出入口温差仍在不断

18、增大,甚至达到峰值约190笆。而在85s时、温差到峰值前约20s,CDPF的出口温度开始剧烈升高，此时CDPF入口温度约为450°C。随后，DOC与CDPF的温度升至480°C短暂波动后逐渐稳定。CDPF入口温度到480°C后试验进行到20min,再生试验完成，停止缸内后喷、次后喷。由图4可见DOC的入口、出口温度下降速度很快，而CDPF有着较强的蓄热能力，致使CDPF出入口温差很大，近200s后才逐渐降温。4.2后喷对CDPF再生效率的影响表5各个工况下的再生效率再生B兄装裁碳烟或量燃烧碳烟或量再生效率480'C.20min26.4g22.7g86%50

19、0'C,10min31.8g26.1g82%500C,ISmin30.1g26.9g89%500,C,20min33.6g32.9g98%500'C,25min31.2g31.6g101%520'C.20min30.7g31.1g101%表5与图7显示的是不同工况下CDPF的再生效率，可知在同为500笆再生温度的工况下，再生时间越长，则再生效率越高。500°C的再生温度条件下，随着再生时间的增长，由10min至25min,再生效率也随之升高。而到25min时,由于存在些误差，再生效率己约为100%o10080J60-402001210080J60-402001

20、211111'480X?.5oor.50005oor.soor.5201.20minlOmin15<nin20min25<nin20niin图7再生效率示意图从再生温度的角度看，在再生时间同样为20min的情况下，480、500、520°C的再生效率呈单调递增的趋势，如上图所示。可见在定条件下，温度越高，CDPF的再生效率越高。但在实际应用中，并没有必要过于追求非常高的再生效率和过快的再生过程，因为越高的再生温度就需要更多的燃油消耗，燃油经济性随之下降。同时，催化器使用的贵重金属涂层可能有所消耗甚至失效，而且催化器载体的使用寿命也会缩短，过高的温度梯度会使过滤体热

21、应力过大，导致热应力失效、过滤体烧裂叫。因此，在实际应用中要考虑多方面因素调整缸内喷油策略。5结论(3) 在500°C,20min再生工况下CDPF再生效率达到98%,满足要求。CDPF未进入再生模式时，后喷油量约40g/min；进入再生模式后，后喷油量约35g/min,次后喷油量约6g/min：(4) 试验过程中平稳的控制了CDPF入LI温度，再生条件良好，可将缸内后喷MAP写入整车ECU,从试验阶段转向实际应用阶段。参考文献II刘祖普.缸外二次燃油喷射式DPF再生控制系统研发D.南京：东南大学,2015.2程义琳.柴油机微粒捕集器再生过程载体温度的控制D.长春:吉林大学.2012