柴油车DPF再生时排气特性研究

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柴油车DPF再生时排气特性研究

王继佳；陈桥

(军事交通学院研究生管理大队，天津300161)

摘要：柴油机颗粒过滤器（DPF，Diesel particulate Filter)被公认为处理柴油机颗粒物排放的最有效措施，但是DPF再生技术有待 进一步研究解决。本文对基于乙醇氧化的DOC辅助DPF再生技术的排气条件特性进行了研究，能更好寻找乙醇喷射时间点和规律， 减少再生时产生的有毒气体。

关键词：DPF;乙醇喷射;排气特性

0引言

DPF工作一段时间后PM堆积粘附在过滤壁上，气体 通过性显著下降，产生较大空气阻力，反作用于发动机[|]。 此时，必须及时除去颗粒物捕集器积存的颗粒，才能使发 动机和颗粒物捕集器正常工作，这个过程称为再生。目前， 热再生技术主要包括:燃烧器再生、电加热再生、微波加热 再生和喷乙醇助燃再生。

基于乙醇氧化的DOC辅助DPF再生技术是军事交 通学院唐粵清、张卫锋等人设计的再生方法，利用乙醇燃 点低等特性，采用向过滤体内部喷射乙醇的方式点燃PM 实现再生，如图1所示[2]。该方法成本较低，但乙醇在高温 时发生复杂的化学反应，易生成有毒物质。所以需要对 DPF再生时的排气条件进行研究，寻找适宜的乙醇喷射时 间点，防止有毒物质的生成。

助DPF再生时的排气工况，是研究TCD在DPF再生时降 温效率特性的必要试验系统。根据降温效率测试试验需

要，确定柴油机台架组成，主要包括测功机、柴油机、TCD、 数据采集系统、台架控制柜、温度传感器、压力传感器以及 其它传感设备。本试验系统配备康明斯6BT5.9型号柴油 机，康明斯6BT5.9柴油机是直列、水冷、六缸、直喷式高强 化柴油发动机。其具体参数如表1所示。

表1柴油机型号参数表项目型号型式气缸数及排列

排量压缩比气缸直径活塞行程额定功率最大转矩最低燃油消耗率

参数

1再生技术介绍

乙醇的碳链相比柴油较短，且常温常压下乙醇的沸点 为78.5益，而柴油的沸点大于180益，乙醇在排气温度下更 易挥发成乙醇蒸汽，因此乙醇的喷射压力比柴油的喷射压 力小。

DPF再生系统通过对柴油机运行工况以及排气条件

康明斯6BT5.9四冲程，水冷增压直列，六缸5.9 L17.5102mm120mm118/2600 kW559/1600 N*m215g/(kW“h)

柴油机台架和基于乙醇氧化的DOC辅助DPF再生 进行监控，当判断柴油机排气条件符合系统再生条件时，

在排气管道内喷射适量的乙醇，乙醇在气流和排气温度的 时的后处理装置布置图和实物图如图3、所示。

3试验结果分析作用下雾化，利用DOC将乙醇蒸汽氧化，使DPF入□温

对TCD进行设计和仿真计算均需要设置温度和质量 度达到颗粒物氧化所需的温度，从而实现DPF再生。

因此需要实际测出康明斯6BT5.9发动机不同转速下 根据再生系统的原理和功能需求，由于乙醇沸点低， 流量，直接用喷嘴在排气管道中喷射乙醇可能出现气阻，因此确

定乙醇供给模块采用气助式喷射方式。再生示意图如图2 所示。

2台架搭建

柴油机台架可以模拟车辆在基于乙醇氧化的D0C辅

转矩、质量流量、排气温度的关系。分别取发动机转速为 850r/min、1000r/min、1400r/min、1800r/min、2200r/min、2600r/ min,测得不同转矩时质量流量和排气温度的关系如图5 所示。

图5分别显示了 DPF再生时柴油机转速分别为

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图4发动机台架及DPF实物图

(c)minri400r/min850/min、1000r/min、1400r/min、1800r/min、2200r/min、2600r/ 时转矩、质量流量和排气温度之间的关系。转速为内燃机与配件

(e )2200r/min

(f)2600r/min

图5不同转速时转矩、质量流量和温度关系

850r/min时，转矩范围40.4~396.3N • m,质量流量范围 155.356~174.047minkg/h,排气温度范围 112.01~473.23益；转

速为1400r/时，转矩范围39.7~352.9N*m，质量流量范 围 247.947~283.585kg/h，排气温度范围 165.15~522.96益； 转速为2600r/min时，转矩范围40.7~361.9N-m，质量流量 范围479.9~651.18kg/h,排气温度范围196.05~588.1益。由 图可知，排气质量流量和温度随着转矩的增大而增大，转 速增大时，质量流量和温度随之增大。

各转速工况下，温度超过350益时再逐渐增加乙醇喷 射量能更好减少有毒气体。参考文献：

「l]Palma V，Ciambelli P, Meloni E, et al. Study of the catalyst load for a microwaves susceptible catalytic. DPF[J]. Catalysis Today,

2013, 216(6):185-193.

「2]唐粤清.基于乙醇氧化的DOC辅助DPF再生技术研究「Dl.

天津：

军事交通学院,2016.