柴油机DPF特性测试评价

柴油机DPF特性测试评价胡帅;孙泽【摘要】随着汽车排放法规的日趋严格,DPF后处理是柴油机满足国六排放法规的主要技术方案•基于DPF设计基础上，在台架上对DPF压差和极限情况下的碳载量等特性测试评价;累碳初期,压差增加较快,随后缓慢增加;同时在最高温度允许情况下确定最大碳载量，为后期再生标定提供模型输入.在转毂上进行WLTC循环的排放验证试验，结果表明DPF的捕集效率达到92%,颗粒物数量低于排放限值30%,满足实际应用的工程目标.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)022【总页数】3页(P98-100)【关键词】柴油机颗粒捕集器;压差特性;最大碳载量;过滤效率【作者】胡帅;孙泽【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】U467随着环境污染的不断加剧，柴油机排放得到越来越多的关注。DPF(柴油机颗粒捕集器)是处理柴油车PM和PN的主流技术，同时该项技术也是欧洲主流技术路线，国六柴油机后处理全部加装此装置。图1所示为DPF系统的捕集原理：柴油机排放的含有大量碳烟微粒的污染物通过排气管道进入DPF，捕集器内部为蜂窝状结构，其两端一边是敞开，一边是堵塞的通道壁，废气从敞开的一端进入，穿越多孔的蜂窝壁，然后从相邻的通道排出。大部分微粒由于体积过大而无法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不会排放到空气中。本文主要为了满足DPF压差模型和最大碳载量等再生标定的需要，在发动机台架上对DPF压差、极限情况下的碳载量等关键特性测试评价，以及通过转毂WLTC排放循环验证捕集效率，满足标定开发和排放目标的达成的需求。尿素结晶试验总体布置如图2所示，试验台架主要包括一台国六柴油发动机、DPF后处理系统、发动机燃油供给及油耗测量系统、测功机及控制系统、排放测试系统等。试验用发动机主要参数见表1。DPF常规耐久工况发动机初、复始万有特性烟度偏大，综合考虑后选择1400rpm@100Nm作为累碳点，该点初始烟度为7.174，DPF满载累碳时间约1h。再生时DPF前温度保持在650°C左右，进行350次。DTI工况DTI试验降怠速时刻以再生时DPF内部温度650C作为触发条件，进入再生后，发动机进入怠速工况。DPF的压差特性和极限情况下(DTI)的碳载量是评价DPF性能的关键指标，为了准确的反应DPF性能，设计相应的试验方法进行测试评价。准确测试评价GPF捕集的碳烟产生压差，对后期的标定具有重要意义，而发动机气流通过GPF压差包括过滤壁压差、灰分产生的压差、碳烟产生的压差之和，即其中,^P总为总压差；过滤为过滤壁的压差；总灰分为灰分的压差；碳烟为碳烟的压差；Q为流量；A碳烟、A灰分、A碳烟为计算因子；在GPF初始状态的情况下，灰分累积的量较少，可以忽略对压差的影响。在压力传感器测试总压差、和计算排气量通过过滤壁的压差，即计算碳烟产生的压差。结果如下：如图2所示，在累碳初期，压差增加较快，斜率比较大；主要原因是开始累积的碳进入DPF过滤孔道内，这时产生的压差较大；随着累碳量的增加，压差增加变缓，斜率变小，主要因为碳累积覆盖在DPF过滤壁表面，形成蛋糕层，累碳量增加、压差增加，基本上形成正相关的关系。图3所示为试验初始阶段再生循环过程中DPF前后压力变化曲线，从图中可以看出，随着DPF碳载量不断增加其前后压差在不断变大，当DPF满载时，其前后压差达到7kPa左右，随即进入再生工况，压差减小，再生完全后（即空载）DPF前后压差保持在2.5kPa左右。图4所示为试验结束阶段最后10次再生循环过程中DPF前后压力变化曲线，和图4相比，DPF满载时前后压差基本一致，都保持在7kPa左右，但在试验结束阶段DPF空载时压差约3kPa左右，比初始阶段压差增大0.3~0.5kPa;说明经过350h试验后，DPF内储存了一定量的灰分（从称重结果来看，灰分约7.3g）。降怠速极限情况下（DTI）的碳载量，通过试验测试不同温度、碳载量情况下的再生最高温度，考虑DPF的允许载碳量6~7g，按照该目标进行相关的试验，确定最大累碳量，作为后期标定的输入。图4和图5所示为DTI试验过程中DPF中心温度变化曲线。6g/L碳载量DTI试验进入DTI时刻为DPF中心温度达650°C,DPF前温度达到620°C（再生温度）距DTI时刻约36S；DPF中心温度最高达955C,在安全范围内。7g/L碳载量DTI试验进入DTI时刻为DPF中心温度达650C,DPF前温度达到620C（再生温度）距DTI时刻约36S；DPF中心温度最高达1067C,小于碳化硅载体最高耐受温度1200工，在安全范围内。建议最大碳载量标定在7g/L。DPF的捕集效率是测试评价关键指标，也是能否达到工程目标的核心性能指标。因此按照GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测试方法（第六阶段）》要求，进行WLTC循环排放测试，试验三次。试验车使用滑行法加载，匹配计算换档线，试验再CVS-4000型定容采样系统、AMA-4000型气态排放物分析系统以及HORIBA2000spcsPN计数器，以及METTLERTOLEDO-XP2U（梅特勒-托利多）PM称重设备的转毂试验室进行；经过系统分析后得到PN模态数据和试验结果。从图6~8PN模态数据分析，随着试验的进行DPF逐渐提升，主要是累积的碳烟占据过滤壁，提高过滤的效率。在整车原排PN为3.52x1012的情况下，加装DPF的WLTC测试结果如图9所示。在第一次试验中，对PN的转化效率只达到82%;第三次试验时，PN排放为2.8x1011,转化效率为92%，大于90%设定转化效率，最终排放值低于4.2x1011的工程设计目标。基于国六排放法规对轻型柴油机颗粒物排放的要求，针对某型车的排放开发目标，设计的DPF特性进行测试评价，同时将测试数据提供给标定模型输入。通过对DPF测试发现：在压差特性方面，累碳初期，压差增加较快；主要原因是开始的碳进入DPF过滤孔道内，阻力迅速增加，产生的压差较大；随着累碳量的增加，压差增加变缓。碳层在壁表面覆盖，形成蛋糕层，基本上形成正相关的关系测试不同入口温度、载碳量情况下的最高温度，确定最大碳载量。并通过WLTC排放验证，结果表明，转化效率和PN排放满足工程应用目标。相关文献】马标，蒋茂玎,黄伟等•汽油直喷发动机颗粒捕集器技术应用研究[