燃油添加劑對(duì)DPF累碳及再生的影響研究

呂大慶 祝先標(biāo) 孫澤

摘 要：基于整車NEDC循環(huán)工況，研究了燃油添加劑對(duì)DPF累碳及再生性能影響。結(jié)果表明：加入燃油添加劑后，將能有效降低DPF被動(dòng)再生溫度，提升DPF被動(dòng)再生效率，從而降低DPF的累碳速率，大大提高DPF再生里程。

關(guān)鍵詞：燃油添加劑；DPF；累碳；再生

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.003

0 引言

簡(jiǎn)單地說(shuō)燃油添加劑是出于“節(jié)能減排”的目的向汽車燃油中添加的一種物質(zhì)，“節(jié)能” 即節(jié)省燃油的消耗，提高燃油的燃燒性能，使得汽車同等情況下消耗一定量的汽油行駛的里程數(shù)增加?！皽p排”即減少有害物質(zhì)的排放，依然是通過(guò)添加來(lái)減少燃油的不充分燃燒，使得積碳、尾氣中有害物質(zhì)的含量等相應(yīng)減少。

清潔型燃油添加劑現(xiàn)在已經(jīng)普遍受到認(rèn)可，特別是由廠家直接供銷的原廠，而降低排放的燃油添加劑，能有效的較低DPF的再生溫度，延長(zhǎng)再生里程，隨著歐五或更高要求的排放法規(guī)的實(shí)施，DPF將被強(qiáng)制使用，隨著市場(chǎng)保有量的增加，降低排放型燃油添加劑能夠在更低的溫度下進(jìn)行再生，有效的保護(hù)DPF（城市循環(huán)更加明顯），防止DPF堵塞，同時(shí)因后噴量減少，有效降低機(jī)油稀釋的風(fēng)險(xiǎn)。后噴量減少，再生里程加長(zhǎng)，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

本文依托某型小卡車展開(kāi)相關(guān)試驗(yàn)，該車搭載2.0L CTI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，后處理系統(tǒng)采用DOC+DPF路線，DPF體積為3.3L，標(biāo)定最大碳載量20g，標(biāo)定主動(dòng)再生溫度620℃，整車再生行駛里程約400公里。試驗(yàn)使用的燃油添加劑為某鐵基型燃油添加劑，簡(jiǎn)稱FBC。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 后處理傳感器布置

為消除DOC中SOF對(duì)DPF累碳量的影響，本次試驗(yàn)采用分段式后處理，分別布置DOC前后及DPF后溫度、壓力傳感器，傳感器布置示意圖及實(shí)際布置圖如圖1所示：

圖中標(biāo)注數(shù)字為后處理傳感器安裝位置，其中1為DOC前壓力傳感器，2為DOC前溫度傳感器，3為DOC后（即DPF前）壓力傳感器，4為DOC后（即DPF前）溫度傳感器，5為DPF后溫度傳感器，6為DPF后壓力傳感器。

1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接

后處理溫度和壓力數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)采設(shè)備FLUKE2638A進(jìn)行采集和記錄，試驗(yàn)前需將后處理溫度和壓力傳感器和FLUKE2638A連接并調(diào)試，設(shè)定采集頻率為10S。

1.3 車輛預(yù)處理及DPF初始稱重

（1）車輛預(yù)處理。根據(jù)GB18352.5-2013中Ⅰ型試驗(yàn)要求，按照輕型車排放試驗(yàn)要求，試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行預(yù)處理，然后放置于溫度相對(duì)穩(wěn)定在20～30℃的室內(nèi)至少6h且不超過(guò)36h。預(yù)處理試驗(yàn)時(shí)，底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載按查表法加載。預(yù)處理試驗(yàn)前需對(duì)車輛性能及狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，以評(píng)價(jià)車輛是否滿足試驗(yàn)要求。

（2）DPF初始稱重。車輛預(yù)處理試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)整ECU數(shù)據(jù)，使DPF進(jìn)入強(qiáng)制再生模式，至預(yù)處理結(jié)束，結(jié)束強(qiáng)制再生模式，停機(jī)狀態(tài)下至DPF前溫度降至150℃時(shí)拆下DPF并稱重，記錄DPF初始重量。

1.4 燃油添加劑配制及添加

進(jìn)行含燃油添加劑試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，需向燃油中添加燃油添加劑，根據(jù)未加入燃油添加劑時(shí)的整車NEDC循環(huán)試驗(yàn)DPF累碳數(shù)據(jù)及油耗結(jié)果，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)添加劑濃度進(jìn)行配比，本文試驗(yàn)中使用的燃油添加劑濃度為8ppm。試驗(yàn)中直接將FBC注入燃油箱中，然后在顛簸路面行駛以保證FBC混合均勻。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 燃油添加劑對(duì)DPF前后溫度影響

燃油中不加入和加入FBC，分別運(yùn)行NEDC循環(huán)工況，DPF前、后溫度變化曲線如圖2和圖3所示。從理論上講，NEDC循環(huán)過(guò)程中加入FBC后由于被動(dòng)再生效率的提高，DPF后溫度相較于未加入FBC會(huì)略有提高，但對(duì)比圖2和圖3曲線，加入FBC對(duì)DPF后溫度影響不明顯，這主要是由于DPF后溫度測(cè)量點(diǎn)位置距離載體后端面較遠(yuǎn)導(dǎo)致測(cè)量值未有效反映出DPF被動(dòng)再生的差異性。

從單個(gè)NEDC循環(huán)數(shù)據(jù)看（以第10個(gè)NEDC循環(huán)為例），燃油中加入和不加入添加劑狀態(tài)下DPF前溫度變化情況如圖4所示。從圖中可以看出，初始低溫階段燃油中添加FBC狀態(tài)下DPF前溫度較不添加FBC略有升高（約5℃左右），隨著溫度的升高碳載量逐漸減少，這種溫度差異越來(lái)越不明顯。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程中DPF前壓力變化

從單個(gè)NEDC循環(huán)數(shù)據(jù)看（以第10個(gè)NEDC循環(huán)為例），燃油中添加和不添加FBC狀態(tài)下DPF前壓力變化情況如圖5所示。從圖中可以看出，城市工況下添加FBC狀態(tài)下DPF前壓力較不加入FBC基本相當(dāng)，城郊工況下添加FBC狀態(tài)下DPF前壓力略低，符合試驗(yàn)預(yù)期。

2.3 燃油添加劑對(duì)DPF累碳的影響

燃油中加入和不加入FBC，在轉(zhuǎn)轂上分別運(yùn)行10個(gè)NEDC循環(huán)，通過(guò)循環(huán)前后對(duì)DPF進(jìn)行稱重可知，不加入FBC狀態(tài)下，DPF累碳量為7.2g，加入FBC狀態(tài)下，DPF累碳量為1.3g。累碳試驗(yàn)結(jié)束后DPF前端面碳煙情況如圖6所示。

10個(gè)NEDC循環(huán)整車行駛總里程約110km，按照不加入FBC的標(biāo)定策略，不加入FBC的狀態(tài)下行駛約350公里DPF將觸發(fā)再生。而加入FBC后，行駛約1600公里DPF觸發(fā)再生。從整車NEDC循環(huán)工況DPF累碳量與行駛里程的關(guān)系看，加入FBC后將大大延長(zhǎng)整車再生里程。

2.4 燃油添加劑對(duì)DPF再生的影響

在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上將DPF加載到滿載狀態(tài)，拆下DPF稱重計(jì)算得DPF實(shí)際累碳量21.6g，重新安裝到臺(tái)架上，燃油中不添加燃油添加劑，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行再生工況，利用后噴將DPF前溫度提升至500℃，再生過(guò)程中DPF前后壓差變化曲線如圖7所示。再生循環(huán)結(jié)束后，拆除DPF稱重，DPF內(nèi)剩余碳量18.1g，DPF主要為被動(dòng)再生，被動(dòng)再生效率約為16.2%。

重新將DPF加載到滿載狀態(tài)，拆下DPF稱重計(jì)算得DPF實(shí)際累碳量22.9g，燃油中加入燃油添加劑，控制邊界條件和上述試驗(yàn)一致，利用后噴同樣將DPF前溫度提升至500℃，再生過(guò)程中DPF前后壓差變化曲線如圖8所示。再生循環(huán)結(jié)束后，拆除DPF稱重，DPF內(nèi)剩余碳量2.1g，DPF被動(dòng)再生效率約為91%。和未加入燃油添加劑相比，被動(dòng)再生效率大大提高。

3 結(jié)論

從整車NEDC循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)看，無(wú)論是DPF前后壓力和溫度對(duì)比，還是過(guò)程累碳量的對(duì)比，都可以看出加入FBC后，將能有效提升DPF被動(dòng)再生效率，從而降低DPF的累碳速率，大大提高DPF再生里程。

加入濃度為8ppm的FBC后，在500℃時(shí)能有效增加DPF被動(dòng)再生速率，從而有效減少DPF主動(dòng)再生的頻次，降低燃油消耗。同時(shí)，針對(duì)DPF累碳量超載狀況，可考慮將FBC可作為市場(chǎng)DPF堵塞安全有效的解決方案之一。

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作者簡(jiǎn)介：呂大慶（1989-），男，安徽合肥人，本科，助理工程師，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)工作。