基于添加剂和喷油助燃的柴油机DPF再生技术研究(图文)

采用喷油助燃技术来实现DPF的再生，该再生系统主要由进排气管、氧化催化器DOC、SIC耐高温壁流式过滤陶瓷、喷油器、压差传感器、温度传感器、补气系统以及电子控制单元ECU等部分组成。试验用油选择了无添加剂的国Ⅲ柴油和加入了柴油添加剂的国Ⅲ柴油，具体的配比为7.5ml添加剂/25L柴油。这是由于添加剂的活性催化作用，降低了DPF微粒的起燃温度，加快了微粒的燃烧速度，再生时间也相应缩短。采用添加剂和喷油助燃相结合的再生技术是可靠的，再生时间短，能够适用于我国的柴油现状。
关键词：微粒捕集器，微粒，再生，柴油添加剂，喷油助燃

　　微粒（PM）是柴油机主要的排放污染物,微粒捕集器(DPF)是解决柴油机PM排放最有效的后处理技术。在DPF技术研究中,一是要研究排气阻力低、过滤效率高的过滤材料;二是过滤材料的再生技术[1-2]。美国Corning公司和日本NGK公司研究的壁流式蜂窝陶瓷过滤体及美国3M公司研究的编织陶瓷纤维过滤体,都具有良好的过滤效率和相对较低的排气阻力[3]。与捕集技术相比 ,过滤体再生技术的研究有些滞后,目前国内尚没有一种达到产品化且可靠实用的再生技术。国外开发的一些DPF产品利用了电加热再生和催化再生等技术,但因其价格过高以及不适于高硫燃油等原因无法在我国推广应用。笔者采用SIC壁流式捕集器结合添加剂和喷油助燃的再生技术，进行了相关的试验研究。发表论文 。
　　1.系统设计
　　1.1 过滤体的设计
　　DPF除了需要有较高的过滤效率外，还应当具有较低的压降和排气背压，以保证发动机的有效输出功率；过滤材料应当耐高温，且有较长的使用寿命，还应当尽可能的减小DPF装置的体积[4-6]。
　　目前国内外多用壁流式蜂窝陶瓷过滤体，此种过滤体具有较高的捕集效率和比较低的排气阻力[7-8]。经过多方面的考虑和对比，本试验所采用的捕集器是双芯系统SiC壁流式捕集器，内部设置2个捕集通道，采用弥散型进气口使气流扩散分布。发表论文。该过滤体主要由进排气
　　管、氧化催化器DOC、DPF等部分组成。
　　1.2 再生系统的设计
　　采用喷油助燃技术来实现DPF的再生，该再生系统主要由进排气管、氧化催化器DOC、SIC耐高温壁流式过滤陶瓷、喷油器、压差传感器、温度传感器、补气系统以及电子控制单元ECU等部分组成。系统的示意图见图1，在DPF之前设置DOC，有两个作用：其一是正常排气时氧化降低HC和CO的排放；其二是当捕集器需要再生执行后喷程序时，氧化未燃HC提高排气温度以达到再生所需的温度。在DOC前端设置一个温度传感器，监测排气温度（DOC入口温度）; 在捕集器后端设置一个温度传感器，监测DPF排气温度（DPF出口温度）。捕集器滤芯前后两端接两根管子与压差传感器相连。当压差达到设定的数值时，捕集器ECU向发动机ECU发出请求再生信号，发动机执行后喷，提高排气温度达到再生温度的要求，从而完成DPF的再生。
　　
　　图1 再生系统示意图
　　1.3 控制原理
　　系统的控制示意图如图2所示，电控单元采用可编程控制器。ECU根据压力传感器采集的压力控制信号来控制DPF的再生，当排气系统的背压和温度达到设定数值时，ECU控制喷油泵向DPF内部喷油，提高排气温度以达到再生温度的要求，再生过程中随时监测排气温度和压力的变化，排气温度达到500℃时，减少喷油或者停止喷油一段时间，避免再生过程温度过高损坏捕集器。当背压明显下降达到正常数值时，再生结束。
　　
　　图2控制系统示意图
　　2试验及结果
　　2.1 试验设备
　　试验中使用的是YN4100QB-1A 柴油机，额定功率为62.5KW/ 3400rpm。所用的测试设备是CW-G电涡流测功机，FBY-200全自动烟度计，FCM-D油耗转速测量仪，K型热电偶温度计以及U型压力表。试验用油选择了无添加剂的国Ⅲ柴油和加入了柴油添加剂的国Ⅲ柴油，具体的配比为 7.5ml添加剂/25L柴油。发表论文。
　　2.2 试验数据分析
　　为提高试验效率，试验基本是在低转速、大负荷工况下进行的。转速维持在1800r/min，设定排气背压达到预定数值，排气温度达到250℃时，开始进行喷油助燃再生,分别对含有添加剂的国Ⅲ柴油和不含添加剂的国Ⅲ柴油进行了再生试验，其具体的背压、温度变化见图3和图4.
　　
　　图3 两种柴油的DPF温度变化
　　在相同的喷油量下，对比含有添加剂和不含添加剂的柴油再生过程温度的变化情况，由图2可以看出，在初始再生的前200秒两种柴油的再生温度都上升的较快，变化幅度较大，而后趋于平缓，但含有添加剂的柴油再生温度变化较不含添加剂的柴油变化更大，温度上升的更为迅速，且再生的最高温度也略高于不含添加剂的柴油。这是由于添加剂的活性催化作用，降低了DPF微粒的起燃温度，加快了微粒的燃烧速度，再生时间也相应缩短。
　　　　
　　图4 两种柴油的DPF排气背压变化
　　相同喷油量下，对比两种柴油再生过程排气背压的变化情况。由图4可以看出，两种柴油再生过程有压力升高又降低的情况，这是由于试验用的捕集器为双通道捕集器，一个捕集器再生时，另外一个捕集器在捕集颗粒，引起排气背压的升高。含有添加剂的柴油背压降低幅度和速度较不含添加剂的柴油大和快，这主要是因为添加剂的活性作用，加快了再生过程微粒的燃烧速度，使得再生所用的时间也相应缩短。
　　3 结论
　　（1）添加剂的活性作用可以加快再生初期的微粒的燃烧速度，使再生温度迅速达到较高的水平，排气背压降低的更快，从而缩短再生所用的时间；
　　（2）采用添加剂和喷油助燃相结合的再生技术是可靠的，再生时间短，能够适用于我国的柴油现状。

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