1、缸內后噴對CDPF溫度特性及再生效率的影響摘要：隨著排放法規的日益嚴格，DOC+CDPF己經成為降低柴油機排放C0、THC和顆粒物的主流技術。而CDPF再生是目前技術發展的主要阻礙之已經成為各個科研單位的主要研究方向，用缸內后噴的再生方式來使尾氣溫度提升至CDPF的起燃溫度有著簡化供油系統、節省系統空間等優點。本文主要研窕的是再生過程中缸內后噴對DOC、CDPF的影響，發現缸內后噴可以使尾氣達到DOC的起始工作溫度，而次后噴可以使D0C出口溫度達到CDPF的再生溫度。試驗過程中良好的控制了CDPF入口再生溫度，得到了再生效率的變化規律，在500°C,20min工況下再生效率達到98%

2、,滿足再生要求，并且總結了一種標定的試驗方法，為以后研究的進行積累了寶貴的經驗。關鍵詞：柴油機后處理；DOC：CDPF：缸內后噴：再生中圖分類號：TK427文獻標識碼：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，解決柴油機顆粒物排放最有效、最通用的后處理技術是在排氣管后加裝柴油顆粒捕集器(DPF),它的捕集效率可以達到90%以上，大大降低了顆粒物排放。但是DPF有兩大關鍵技術尚未完全解決，一是材料，二是再生技術。當前國內外各大科研單位、生產廠商就DPF的再生過程展開了深入的研究。1DPF的再生技術表1DPF的再生方式主動再生被動再生燃燒器噴油加熱再生電加熱再牛.微波加熱再生紅外加熱再生燃料

7、添加劑催化再生連續再生過濾系統(CRT)催化連續再生過濾系統(CCRT)DPF的再生技術分為兩種：主動再生與被動再生。表1列出了各種主要的再生方式川。在DPF的諸多再生方法之中，研究力度最大且應用范圍最廣的是噴油助燃，基本上可以將其分為以下三種：一是燃燒器噴油助燃再生，該系統結構簡單、易于控制，但排氣流速大，難以形成火焰同；二是氧化催化轉化器(DOC)上游排氣管內二次燃油噴射(SF1)再生，該再生系統利用燃油在DOC內的氧化放熱提高排氣溫度，但需考慮多個因素的影響，如燃油噴霧特性、噴油壓力和溫度、噴油時刻、噴油最、噴油器的位置和噴油方位等等；三是缸內次后噴(LPI)助燃再生【缸內后噴再生是在D

8、PF再生開始時，噴油器在正常噴油的基礎上添加兩次后噴，第一次后噴緊隨主噴之后，燃油在缸內燃燒，提高排氣溫度,使DOC達到正常工作溫度；第二次后噴靠近排氣門開啟角，此時缸內含有大量廢氣，溫度壓力較低，因此很少在缸內燃燒，絕大多數進入DOC氧化燃燒。LPI會少量增加發動機的燃油消耗，對發動機的動力性和DOC入口溫度影響較小。增加尾氣中的HC濃度，通過DOC對HC的氧化放熱提高排氣溫度，實現DPF主動再生。相對于其他方法而言，缸內后噴利用發動機原有的高壓共軌燃油噴射系統，不需在系統中加入額外的噴油設備。在DPF需要再生時，通過INCA操作界面，改變ECU的噴油MAP,保持進氣量不變，在遠離上止點的時

9、刻噴入燃油。安徽省艾可藍環保股份有限公司設計了一種DOC與催化型柴油顆粒捕集器(CDPF)組成的再生系統，再生效率可以達到90%以上。目前DPF的主要發展方向是如何控制噴油的方式、時機，既可以提高再生效率，又不會因為噴油過多造成二次污染。高壓共軌電控噴油系統的使用大大提高了噴油時機、噴油量的準確度。2試驗系統及裝置本試驗使用東風商用車發動機廠生產型號為EQH160-40的柴油機，發動機詳細的技術參數參照表2。試驗過程中使用的柴油滿足歐四標準，硫含量不超過0.003%，滿足后處理催化器的應用要求。后處理系統由安徽省艾可藍環保股份有限公司自主研發生產的DOC、CDPF及連接管道組成。主要規格參數如

10、表3所示。哀2發動機詳細參數分類參數型號東風EQH160-40排壁/L4.752最大輸出功率/kW118最大馬力160.0最大扭炬.轉速/r-min'11200-1600排放標準國四/歐四額定轉速/r-min12400最大扭矩/Nm6(X)表3后處理器參數參數DOCCDPF直徑/mm228.6228.6長度/mm101.6254孔密度/cpsi400200壁厚/mm0.1016().3048轂體材料革育石菜吉石涂層材料PtK金屬貴金屬密度/g-cft-'40-圖1CDPF再生試驗臺架實物圖圖2CDPF再生試驗臺架示意圖發動機試驗臺架、后處理系統以及一些輔助設備的布置參照圖1、圖

11、2。試驗采用DW250型電渦流測功機、HORIBAMEXA1600DEGR尾氣分析儀和AVLSPC472顆粒物分析儀。3再生試驗過程試驗目的：(1) 確定噴油方式；(2) 進行再生工況標定，DOC入口溫度、CDPF入口溫度標定；(3) 再生效率標定。本試驗采用DOC與CDPF組成尾氣后處理系統，首先在試驗前先將CDPF放入馬沸爐高溫氧化燃燒，除去水分、灰分、碳顆粒等雜質，冷卻一段時間后，用電子秤量得CDPF質量。DOC雖然也是多孔介質，但是與CDPF存在結構上的區別。研究表明，在低轉速下，DOC對顆粒物有一定的過濾效果，但在中高轉速下，DOC對粒徑大于12()nm的顆粒物無明顯作用間。因此正常

12、情況下DOC不會出現堵塞顯現，試驗前也不需要在馬沸爐進行高溫燃燒過程。然后將CDPF裝上發動機臺架進行灌煙，日的是讓CDPF滿載碳顆粒以進行再生試驗.CDPF載體為堇青石，碳顆粒的裝載量約為3.0g/L。濯煙前后對CDPF稱重，碳顆粒的重量控制在30g左右。灌煙時間可以根據發動機原排放試驗時得到的碳顆粒流晨確定。本試驗主要研究再生溫度和再生時間，工況設為以下幾種:480°C,20min>500°C,10min、500°C,15min、500笆，20min、520°C,20min。間。達到再生時間后，再生過程結束，取消發動機后噴、次后噴，退出再生工況

13、，返回低怠速。在500°C,20min再生工況下噴油提前角與噴油量見表4,未進入再生模式時，后噴油量約40g/min,燃油消耗約4.8kg/h,空氣量約430kg/h；進入再生模式后，后噴油量約35g/min,次后噴油量約6g/min,燃油消耗約12kg/h,空氣量約580kg/h左右。圖3再生前后的DPF入口對比圖3為CDPF入口在再生過程前后的對比。可見，再生之后的CDPF,碳顆粒已經燃盡，而且剩余的少量不可燃物，如碳酸鹽、硫酸鹽等雜質，并沒有堵塞孔隙。4試驗結果分析4.1后噴對溫度特性的影響參數未再生再生轉速/r-min124002400主噴提前角尸-5-5后噴提前角尸-20-

14、20次后噴提前角-130-13()后唉油量/g-min'14035次后噴油量/g-inin106哀4噴油提前角及噴油圖4480°C,20min工況下的溫度特性試驗開始首先提高發動機轉速，由低怠速升至2400r/min。當CDPF入口溫度升至150°C以上時，推遲供油提前角、降低共軌噴油軌壓，并加入發動機后噴，釋放Qg,以此升高發動機出口尾氣溫度，將DOC入口溫度提升到300笆以上啊。當DOC入口溫度達到300°C以上時，達到DOC反應溫度，加入發動機次后噴，燃油可在DOC中燃燒釋放Q次枷，將CDPF入口溫度提升到預設的再生溫度。通過反饋調節次后噴油房:,控

15、制CDPF入口溫度穩定維持在再生溫度一段時上圖為CDPF在發動機轉速24(X)r/min、怠速工況、再生溫度480°C、再生時間20min下的溫度特性示意圖。由圖中可見，DPF入口溫度升至480笆的再生溫度后，各項溫度指標非常平穩。尾氣的渦后溫度比DOC入口溫度稍高，因為從發動機渦后到DOC由段長度約1m的排氣管連接，存在一定熱量的散失。而DOC與CDPF距離較近，在中間縫隙處安置一個溫度傳感器，可以認為DOC的出口溫度與CDPF的入口溫度相等。(b)500°C,20minDOC入口與出口溫度圖5DOC入口與出口的溫度特性600P、暑25050075010001250150

16、0t/s(a)480°C,20minDOC入口與出口溫度-200250500750100012501500t/s100P、始觀口Ynda圖5(b)所示，在試驗開始后約80s,DOC入口溫度緩慢上升至177°C,然后開始在發動機加入缸內后噴，后噴燃料釋放的熱量提升了尾氣的溫度，渦后、DOC入口及CDPF入口溫度開始急劇上升。圖5(a)中起始溫度為150°C,其溫度走勢與圖5(b)80s后的相同。兩種工況下，DOC入口溫度在上升至峰值335笆左右后逐漸穩定至315°C,同時CDPF入II溫度仍在不斷升高至再生溫度。可見，次后噴的燃油幾乎沒有在缸內燃燒，而是隨

17、著尾氣進入DOC后才開始燃燒釋放熱量；而在這兩種工況下CDPF入口達到再生溫度時，DOC的正常工作溫度為315°C.4.1.2后噴對DPF溫度特性的影響由圖4可知，試驗開始時DOC入口溫度很低。開始缸內后噴，DOC、CDPF的入口溫度持續上升，CDPF出口溫度經歷短暫下降后也在緩慢上升，然而DPF的出入口溫差卻在不斷增大，最大局達190°C。圖6480C,20min工況下CDPF出入口溫差圖6為480°C,20min工況下CDPF出入口溫差示意圖。當DOC開始燃燒，CDPF入口溫度開始劇烈升高，同時CDPF出口溫度也有一定程度的上升。然而CDPF出入口溫差仍在不斷

18、增大,甚至達到峰值約190笆。而在85s時、溫差到峰值前約20s,CDPF的出口溫度開始劇烈升高，此時CDPF入口溫度約為450°C。隨后，DOC與CDPF的溫度升至480°C短暫波動后逐漸穩定。CDPF入口溫度到480°C后試驗進行到20min,再生試驗完成，停止缸內后噴、次后噴。由圖4可見DOC的入口、出口溫度下降速度很快，而CDPF有著較強的蓄熱能力，致使CDPF出入口溫差很大，近200s后才逐漸降溫。4.2后噴對CDPF再生效率的影響表5各個工況下的再生效率再生B兄裝裁碳煙或量燃燒碳煙或量再生效率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與圖7顯示的是不同工況下CDPF的再生效率，可知在同為500笆再生溫度的工況下，再生時間越長，則再生效率越高。500°C的再生溫度條件下，隨著再生時間的增長，由10min至25min,再生效率也隨之升高。而到25min時,由于存在些誤差，再生效率己約為100%o10080J60-402001210080J60-402001

20、211111'480X?.5oor.50005oor.soor.5201.20minlOmin15<nin20min25<nin20niin圖7再生效率示意圖從再生溫度的角度看，在再生時間同樣為20min的情況下，480、500、520°C的再生效率呈單調遞增的趨勢，如上圖所示。可見在定條件下，溫度越高，CDPF的再生效率越高。但在實際應用中，并沒有必要過于追求非常高的再生效率和過快的再生過程，因為越高的再生溫度就需要更多的燃油消耗，燃油經濟性隨之下降。同時，催化器使用的貴重金屬涂層可能有所消耗甚至失效，而且催化器載體的使用壽命也會縮短，過高的溫度梯度會使過濾體熱

21、應力過大，導致熱應力失效、過濾體燒裂叫。因此，在實際應用中要考慮多方面因素調整缸內噴油策略。5結論(3) 在500°C,20min再生工況下CDPF再生效率達到98%,滿足要求。CDPF未進入再生模式時，后噴油量約40g/min；進入再生模式后，后噴油量約35g/min,次后噴油量約6g/min：(4) 試驗過程中平穩的控制了CDPF入LI溫度，再生條件良好，可將缸內后噴MAP寫入整車ECU,從試驗階段轉向實際應用階段。參考文獻II劉祖普.缸外二次燃油噴射式DPF再生控制系統研發D.南京：東南大學,2015.2程義琳.柴油機微粒捕集器再生過程載體溫度的控制D.長春:吉林大學.2012