柴油车dpf再生时排气特性研究
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 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1。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粤清、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。图 1 乙醇再生原理图 下载原图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, 而柴油的沸点大于 180, 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作用下雾化, 利用 DOC 将乙醇蒸汽氧化, 使 DPF 入口温度达到颗粒物氧化所需的温度, 从而实现 DPF 再生。根据再生系统的原理和功能需求, 由于乙醇沸点低, 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 DOC 辅助 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。图 2 再生系统结构框图 下载原图表 1 柴油机型号参数表 下载原表 柴油机台架和基于乙醇氧化的 DOC 辅助 DPF 再生时的后处理装置布置图和实物图如图 3、4 所示。3 试验结果分析对 TCD 进行设计和仿真计算均需要设置温度和质量流量, 因此需要实际测出康明斯 6BT5.9 发动机不同转速下转矩、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850r/min、1000r/min、1400r/min、1800r/min、2200r/min、2600r/min 时转矩、质量流量和排气温度之间的关系。转速为 850r/min 时, 转矩范围40.4396.3N·m, 质量流量范围 155.356174.047kg/h, 排气温度范围112.01473.23;转速为 1400r/min 时, 转矩范围 39.7352.9N·m, 质量流量范围 247.947283.585kg/h, 排气温度范围 165.15522.96;转速为2600r/min 时, 转矩范围 40.7361.9N·m, 质量流量范围 479.9651.18kg/h, 排气温度范围 196.05588.1。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。图 3 DPF 再生布置示意图 下载原图图 4 发动机台架及 DPF 实物图 下载原图图 5 不同转速时转矩、质量流量和温度关系 下载原图图 5 不同转速时转矩、质量流量和温度关系 下载原图各转速工况下, 温度超过 350时再逐渐增加乙醇喷射量能更好减少有毒气体。参考文献1Palma V, Ciambelli P, Meloni E, et al.Study of the catalyst load for a microwaves susceptible catalytic DPFJ.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D.天津:军事交通学院, 2016.
