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1、缸內(nèi)后噴對(duì)CDPF溫度特性及再生效率的影響摘要：隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，DOC+CDPF己經(jīng)成為降低柴油機(jī)排放C0、THC和顆粒物的主流技術(shù)。而CDPF再生是目前技術(shù)發(fā)展的主要阻礙之已經(jīng)成為各個(gè)科研單位的主要研究方向，用缸內(nèi)后噴的再生方式來(lái)使尾氣溫度提升至CDPF的起燃溫度有著簡(jiǎn)化供油系統(tǒng)、節(jié)省系統(tǒng)空間等優(yōu)點(diǎn)。本文主要研窕的是再生過(guò)程中缸內(nèi)后噴對(duì)DOC、CDPF的影響，發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)后噴可以使尾氣達(dá)到DOC的起始工作溫度，而次后噴可以使D0C出口溫度達(dá)到CDPF的再生溫度。試驗(yàn)過(guò)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(guī)律，在500°C,20min工況下再生效率達(dá)到98%

2、,滿(mǎn)足再生要求，并且總結(jié)了一種標(biāo)定的試驗(yàn)方法，為以后研究的進(jìn)行積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)后處理；DOC：CDPF：缸內(nèi)后噴：再生中圖分類(lèi)號(hào)：TK427文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jī)顆粒物排放最有效、最通用的后處理技術(shù)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(dá)到90%以上，大大降低了顆粒物排放。但是DPF有兩大關(guān)鍵技術(shù)尚未完全解決，一是材料，二是再生技術(shù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各大科研單位、生產(chǎn)廠商就DPF的再生過(guò)程展開(kāi)了深入的研究。1DPF的再生技術(shù)表1DPF的再生方式主動(dòng)再生被動(dòng)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(xù)再生過(guò)濾系統(tǒng)(CRT)催化連續(xù)再生過(guò)濾系統(tǒng)(CCRT)DPF的再生技術(shù)分為兩種：主動(dòng)再生與被動(dòng)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(yīng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhuǎn)化器(DOC)上游排氣管內(nèi)二次燃油噴射(SF1)再生，該再生系統(tǒng)利用燃油在DOC內(nèi)的氧化放熱提高排氣溫度，但需考慮多個(gè)因素的影響，如燃油噴霧特性、噴油壓力和溫度、噴油時(shí)刻、噴油最、噴油器的位置和噴油方位等等；三是缸內(nèi)次后噴(LPI)助燃再生【缸內(nèi)后噴再生是在D

8、PF再生開(kāi)始時(shí)，噴油器在正常噴油的基礎(chǔ)上添加兩次后噴，第一次后噴緊隨主噴之后，燃油在缸內(nèi)燃燒，提高排氣溫度,使DOC達(dá)到正常工作溫度；第二次后噴靠近排氣門(mén)開(kāi)啟角，此時(shí)缸內(nèi)含有大量廢氣，溫度壓力較低，因此很少在缸內(nèi)燃燒，絕大多數(shù)進(jìn)入DOC氧化燃燒。LPI會(huì)少量增加發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和DOC入口溫度影響較小。增加尾氣中的HC濃度，通過(guò)DOC對(duì)HC的氧化放熱提高排氣溫度，實(shí)現(xiàn)DPF主動(dòng)再生。相對(duì)于其他方法而言，缸內(nèi)后噴利用發(fā)動(dòng)機(jī)原有的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，不需在系統(tǒng)中加入額外的噴油設(shè)備。在DPF需要再生時(shí)，通過(guò)INCA操作界面，改變ECU的噴油MAP,保持進(jìn)氣量不變，在遠(yuǎn)離上止點(diǎn)的時(shí)

9、刻噴入燃油。安徽省艾可藍(lán)環(huán)保股份有限公司設(shè)計(jì)了一種DOC與催化型柴油顆粒捕集器(CDPF)組成的再生系統(tǒng)，再生效率可以達(dá)到90%以上。目前DPF的主要發(fā)展方向是如何控制噴油的方式、時(shí)機(jī)，既可以提高再生效率，又不會(huì)因?yàn)閲娪瓦^(guò)多造成二次污染。高壓共軌電控噴油系統(tǒng)的使用大大提高了噴油時(shí)機(jī)、噴油量的準(zhǔn)確度。2試驗(yàn)系統(tǒng)及裝置本試驗(yàn)使用東風(fēng)商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)型號(hào)為EQH160-40的柴油機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)參照表2。試驗(yàn)過(guò)程中使用的柴油滿(mǎn)足歐四標(biāo)準(zhǔn)，硫含量不超過(guò)0.003%，滿(mǎn)足后處理催化器的應(yīng)用要求。后處理系統(tǒng)由安徽省艾可藍(lán)環(huán)保股份有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的DOC、CDPF及連接管道組成。主要規(guī)格參數(shù)如

10、表3所示。哀2發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)參數(shù)分類(lèi)參數(shù)型號(hào)東風(fēng)EQH160-40排壁/L4.752最大輸出功率/kW118最大馬力160.0最大扭炬.轉(zhuǎn)速/r-min'11200-1600排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)四/歐四額定轉(zhuǎn)速/r-min12400最大扭矩/Nm6(X)表3后處理器參數(shù)參數(shù)DOCCDPF直徑/mm228.6228.6長(zhǎng)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(yàn)臺(tái)架實(shí)物圖圖2CDPF再生試驗(yàn)臺(tái)架示意圖發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架、后處理系統(tǒng)以及一些輔助設(shè)備的布置參照?qǐng)D1、圖

11、2。試驗(yàn)采用DW250型電渦流測(cè)功機(jī)、HORIBAMEXA1600DEGR尾氣分析儀和AVLSPC472顆粒物分析儀。3再生試驗(yàn)過(guò)程試驗(yàn)?zāi)康模?1) 確定噴油方式；(2) 進(jìn)行再生工況標(biāo)定，DOC入口溫度、CDPF入口溫度標(biāo)定；(3) 再生效率標(biāo)定。本試驗(yàn)采用DOC與CDPF組成尾氣后處理系統(tǒng)，首先在試驗(yàn)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(zhì)，冷卻一段時(shí)間后，用電子秤量得CDPF質(zhì)量。DOC雖然也是多孔介質(zhì)，但是與CDPF存在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。研究表明，在低轉(zhuǎn)速下，DOC對(duì)顆粒物有一定的過(guò)濾效果，但在中高轉(zhuǎn)速下，DOC對(duì)粒徑大于12()nm的顆粒物無(wú)明顯作用間。因此正常

12、情況下DOC不會(huì)出現(xiàn)堵塞顯現(xiàn)，試驗(yàn)前也不需要在馬沸爐進(jìn)行高溫燃燒過(guò)程。然后將CDPF裝上發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行灌煙，日的是讓CDPF滿(mǎn)載碳顆粒以進(jìn)行再生試驗(yàn).CDPF載體為堇青石，碳顆粒的裝載量約為3.0g/L。濯煙前后對(duì)CDPF稱(chēng)重，碳顆粒的重量控制在30g左右。灌煙時(shí)間可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)原排放試驗(yàn)時(shí)得到的碳顆粒流晨確定。本試驗(yàn)主要研究再生溫度和再生時(shí)間，工況設(shè)為以下幾種:480°C,20min>500°C,10min、500°C,15min、500笆，20min、520°C,20min。間。達(dá)到再生時(shí)間后，再生過(guò)程結(jié)束，取消發(fā)動(dòng)機(jī)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(jiàn)表4,未進(jìn)入再生模式時(shí)，后噴油量約40g/min,燃油消耗約4.8kg/h,空氣量約430kg/h；進(jìn)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(duì)比圖3為CDPF入口在再生過(guò)程前后的對(duì)比?？梢?jiàn)，再生之后的CDPF,碳顆粒已經(jīng)燃盡，而且剩余的少量不可燃物，如碳酸鹽、硫酸鹽等雜質(zhì)，并沒(méi)有堵塞孔隙。4試驗(yàn)結(jié)果分析4.1后噴對(duì)溫度特性的影響參數(shù)未再生再生轉(zhuǎn)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(yàn)開(kāi)始首先提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，由低怠速升至2400r/min。當(dāng)CDPF入口溫度升至150°C以上時(shí)，推遲供油提前角、降低共軌噴油軌壓，并加入發(fā)動(dòng)機(jī)后噴，釋放Qg,以此升高發(fā)動(dòng)機(jī)出口尾氣溫度，將DOC入口溫度提升到300笆以上啊。當(dāng)DOC入口溫度達(dá)到300°C以上時(shí)，達(dá)到DOC反應(yīng)溫度，加入發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)設(shè)的再生溫度。通過(guò)反饋調(diào)節(jié)次后噴油房:,控

15、制CDPF入口溫度穩(wěn)定維持在再生溫度一段時(shí)上圖為CDPF在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速24(X)r/min、怠速工況、再生溫度480°C、再生時(shí)間20min下的溫度特性示意圖。由圖中可見(jiàn)，DPF入口溫度升至480笆的再生溫度后，各項(xiàng)溫度指標(biāo)非常平穩(wěn)。尾氣的渦后溫度比DOC入口溫度稍高，因?yàn)閺陌l(fā)動(dòng)機(jī)渦后到DOC由段長(zhǎng)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(gè)溫度傳感器，可以認(rèn)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(yàn)開(kāi)始后約80s,DOC入口溫度緩慢上升至177°C,然后開(kāi)始在發(fā)動(dòng)機(jī)加入缸內(nèi)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(kāi)始急劇上升。圖5(a)中起始溫度為150°C,其溫度走勢(shì)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(wěn)定至315°C,同時(shí)CDPF入II溫度仍在不斷升高至再生溫度?？梢?jiàn)，次后噴的燃油幾乎沒(méi)有在缸內(nèi)燃燒，而是隨

17、著尾氣進(jìn)入DOC后才開(kāi)始燃燒釋放熱量；而在這兩種工況下CDPF入口達(dá)到再生溫度時(shí)，DOC的正常工作溫度為315°C.4.1.2后噴對(duì)DPF溫度特性的影響由圖4可知，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)DOC入口溫度很低。開(kāi)始缸內(nèi)后噴，DOC、CDPF的入口溫度持續(xù)上升，CDPF出口溫度經(jīng)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(dá)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(dāng)DOC開(kāi)始燃燒，CDPF入口溫度開(kāi)始劇烈升高，同時(shí)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(dá)到峰值約190笆。而在85s時(shí)、溫差到峰值前約20s,CDPF的出口溫度開(kāi)始劇烈升高，此時(shí)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(dòng)后逐漸穩(wěn)定。CDPF入口溫度到480°C后試驗(yàn)進(jìn)行到20min,再生試驗(yàn)完成，停止缸內(nèi)后噴、次后噴。由圖4可見(jiàn)DOC的入口、出口溫度下降速度很快，而CDPF有著較強(qiáng)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(duì)CDPF再生效率的影響表5各個(gè)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(shí)間越長(zhǎng)，則再生效率越高。500°C的再生溫度條件下，隨著再生時(shí)間的增長(zhǎng)，由10min至25min,再生效率也隨之升高。而到25min時(shí),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(shí)間同樣為20min的情況下，480、500、520°C的再生效率呈單調(diào)遞增的趨勢(shì)，如上圖所示。可見(jiàn)在定條件下，溫度越高，CDPF的再生效率越高。但在實(shí)際應(yīng)用中，并沒(méi)有必要過(guò)于追求非常高的再生效率和過(guò)快的再生過(guò)程，因?yàn)樵礁叩脑偕鷾囟染托枰嗟娜加拖?，燃油?jīng)濟(jì)性隨之下降。同時(shí)，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(huì)縮短，過(guò)高的溫度梯度會(huì)使過(guò)濾體熱

21、應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致熱應(yīng)力失效、過(guò)濾體燒裂叫。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要考慮多方面因素調(diào)整缸內(nèi)噴油策略。5結(jié)論(3) 在500°C,20min再生工況下CDPF再生效率達(dá)到98%,滿(mǎn)足要求。CDPF未進(jìn)入再生模式時(shí)，后噴油量約40g/min；進(jìn)入再生模式后，后噴油量約35g/min,次后噴油量約6g/min：(4) 試驗(yàn)過(guò)程中平穩(wěn)的控制了CDPF入LI溫度，再生條件良好，可將缸內(nèi)后噴MAP寫(xiě)入整車(chē)ECU,從試驗(yàn)階段轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用階段。參考文獻(xiàn)II劉祖普.缸外二次燃油噴射式DPF再生控制系統(tǒng)研發(fā)D.南京：東南大學(xué),2015.2程義琳.柴油機(jī)微粒捕集器再生過(guò)程載體溫度的控制D.長(zhǎng)春:吉林大學(xué).2012