柴油車排氣后處理裝置性能試驗(yàn)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(yàn)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(guó)汽車技術(shù)研究中心天津300162)[摘要]對(duì)氧化催化轉(zhuǎn)化器(DOC)和柴油機(jī)顆粒過濾器(DPF)進(jìn)行了性能試驗(yàn)研究。分析了DOC對(duì)柴油車排放的影響規(guī)律對(duì)DPF的壓降特性和過濾性能進(jìn)

2、行了試驗(yàn)。最后還討論了DPF再生過程中的安全問題。關(guān)鍵詞:柴油機(jī)氧化催化轉(zhuǎn)化器柴油機(jī)顆粒過濾器AnExperimentalStudyonthePerfmanceofExhaustAftertreatmentDevicesinDieselVehicleHuYiLiMengliangLiJunFangMaodongdieselparticulatefilter前言柴油機(jī)的主要污染物包括PM和NOx[1]。雖然采用了先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、燃燒室的

3、開發(fā)以及其它改善排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)但隨著排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格柴油機(jī)需要采用先進(jìn)的排氣后處理技術(shù)如氧化催化轉(zhuǎn)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(píng)價(jià)DOC和DPF性能的試驗(yàn)方法并對(duì)試驗(yàn)中的影響因素作了分析從而保證對(duì)柴油車的排氣后處理裝置進(jìn)行有效地評(píng)價(jià)。1試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)主要是在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上完成。該試驗(yàn)臺(tái)架以Duramax

4、V86600型柴油機(jī)作為廢氣發(fā)生源。該機(jī)應(yīng)用Bosch電控共軌技術(shù)、EGR冷卻和渦輪增壓中冷技術(shù)由Labview軟件調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR率和補(bǔ)充燃料噴射(supplementaryfuelinjectionSFI)裝置的噴射量等參數(shù)以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的原始排放濃度從而達(dá)到不同排放水平的要求。試驗(yàn)樣機(jī)的參數(shù)見表1[3]。表1Duramax6600柴油機(jī)性能參數(shù)排量氣缸型式壓縮比最大功率轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速616LV81715B1220kW31

5、00r#min1720N#m1800r#min13400rmin評(píng)價(jià)DPF性能時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(hào)可確保再生時(shí)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(shí)現(xiàn)燃燒從而進(jìn)一步提高排氣溫度達(dá)到DOC反應(yīng)的溫度其反應(yīng)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(yàn)研究#453#通常在DPF前后各加裝一個(gè)壓力傳感器通過DPF前后的壓差信號(hào)反饋給ECU當(dāng)壓差超過設(shè)定值時(shí)ECU就會(huì)發(fā)出指令提示駕駛員應(yīng)采取措施或整車系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)DPF進(jìn)行再生。312過濾性能測(cè)試考核評(píng)價(jià)DPF的最重要的指標(biāo)是過濾效率。DPF的過濾效率與其狀態(tài)有關(guān)除了主動(dòng)再生時(shí)PM氧化燃燒不會(huì)發(fā)生過濾的情況外在其余的工作條件下DPF都會(huì)對(duì)PM起到過濾的作用。完全再生的DPF內(nèi)基本不存在PM而此時(shí)的

7、DPF只能依靠載體的內(nèi)壁孔隙來過濾顆粒加載PM后的DPF內(nèi)部有顆粒物存在只要不造成DPF完全堵塞DPF內(nèi)部已經(jīng)存在的累積的顆粒也會(huì)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(jìn)行再生后的DPF過濾效率評(píng)價(jià)。設(shè)定DPF加載水平為6gL調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)至DPF加載工況下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)5min后對(duì)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(zhì)量變化量來計(jì)算DPF的過濾

8、效率。發(fā)動(dòng)機(jī)在加載工況下運(yùn)行直至加載到6gL的水平時(shí)進(jìn)行取樣分析測(cè)試計(jì)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(nèi)部累積的PM的增加DPF內(nèi)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(shí)的過濾效率要求不低于85%。313再生性能測(cè)試再生是DPF區(qū)別于其他DOC、TWC等催化轉(zhuǎn)化器的一個(gè)最重要的特性。通過試驗(yàn)研

9、究分析DPF的再生過程中將會(huì)出現(xiàn)的無控制再生現(xiàn)象為今后DPF的評(píng)價(jià)測(cè)試總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。DPF的再生通常要求排氣溫度在600~650e。再生試驗(yàn)過程中DPF內(nèi)部的溫度通常會(huì)出現(xiàn)急劇升高使DPF內(nèi)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(biāo)定DPF再生初期的入口溫升率分析DPF再生過程中的內(nèi)部溫度變化規(guī)律。設(shè)定DPF的PM加載水平為8gL因?yàn)镾iC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(yàn)[6]。選取若干組熱電偶溫度進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的分析。圖5~圖8分別表示DPF溫升率為40、80、120和150emin時(shí)再生結(jié)果曲線圖所有測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)工況均相同轉(zhuǎn)速1700rmin轉(zhuǎn)矩150N#mSFI噴射系統(tǒng)以DPF的入口溫度為控制目標(biāo)由PID調(diào)節(jié)控制進(jìn)行工作。圖5DPF入口溫升率為40emin時(shí)溫度曲線圖6DPF入口溫升率為80emin時(shí)溫度曲線由圖5~圖8可見采取適當(dāng)?shù)腄PF入口的溫升率可