燃油添加剂对DPF累碳及再生的影响研究

吕大庆 祝先标 孙泽

摘 要：基于整车NEDC循环工况，研究了燃油添加剂对DPF累碳及再生性能影响。结果表明：加入燃油添加剂后，将能有效降低DPF被动再生温度，提升DPF被动再生效率，从而降低DPF的累碳速率，大大提高DPF再生里程。

关键词：燃油添加剂；DPF；累碳；再生

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

0 引言

简单地说燃油添加剂是出于“节能减排”的目的向汽车燃油中添加的一种物质，“节能” 即节省燃油的消耗，提高燃油的燃烧性能，使得汽车同等情况下消耗一定量的汽油行驶的里程数增加。“减排”即减少有害物质的排放，依然是通过添加来减少燃油的不充分燃烧，使得积碳、尾气中有害物质的含量等相应减少。

清洁型燃油添加剂现在已经普遍受到认可，特别是由厂家直接供销的原厂，而降低排放的燃油添加剂，能有效的较低DPF的再生温度，延长再生里程，随着欧五或更高要求的排放法规的实施，DPF将被强制使用，随着市场保有量的增加，降低排放型燃油添加剂能够在更低的温度下进行再生，有效的保护DPF（城市循环更加明显），防止DPF堵塞，同时因后喷量减少，有效降低机油稀释的风险。后喷量减少，再生里程加长，提高燃油经济性。

本文依托某型小卡车展开相关试验，该车搭载2.0L CTI柴油发动机，后处理系统采用DOC+DPF路线，DPF体积为3.3L，标定最大碳载量20g，标定主动再生温度620℃，整车再生行驶里程约400公里。试验使用的燃油添加剂为某铁基型燃油添加剂，简称FBC。

1 试验准备

1.1 后处理传感器布置

为消除DOC中SOF对DPF累碳量的影响，本次试验采用分段式后处理，分别布置DOC前后及DPF后温度、压力传感器，传感器布置示意图及实际布置图如图1所示：

图中标注数字为后处理传感器安装位置，其中1为DOC前压力传感器，2为DOC前温度传感器，3为DOC后（即DPF前）压力传感器，4为DOC后（即DPF前）温度传感器，5为DPF后温度传感器，6为DPF后压力传感器。

1.2 数据采集系统连接

后处理温度和压力数据通过数采设备FLUKE2638A进行采集和记录，试验前需将后处理温度和压力传感器和FLUKE2638A连接并调试，设定采集频率为10S。

1.3 车辆预处理及DPF初始称重

（1）车辆预处理。根据GB18352.5-2013中Ⅰ型试验要求，按照轻型车排放试验要求，试验前对试验车辆进行预处理，然后放置于温度相对稳定在20～30℃的室内至少6h且不超过36h。预处理试验时，底盘測功机加载按查表法加载。预处理试验前需对车辆性能及状态进行确认，以评价车辆是否满足试验要求。

（2）DPF初始称重。车辆预处理试验过程中，调整ECU数据，使DPF进入强制再生模式，至预处理结束，结束强制再生模式，停机状态下至DPF前温度降至150℃时拆下DPF并称重，记录DPF初始重量。

1.4 燃油添加剂配制及添加

进行含燃油添加剂试验测试时，需向燃油中添加燃油添加剂，根据未加入燃油添加剂时的整车NEDC循环试验DPF累碳数据及油耗结果，根据经验公式对添加剂浓度进行配比，本文试验中使用的燃油添加剂浓度为8ppm。试验中直接将FBC注入燃油箱中，然后在颠簸路面行驶以保证FBC混合均匀。

2 试验结果与分析

2.1 燃油添加剂对DPF前后温度影响

燃油中不加入和加入FBC，分别运行NEDC循环工况，DPF前、后温度变化曲线如图2和图3所示。从理论上讲，NEDC循环过程中加入FBC后由于被动再生效率的提高，DPF后温度相较于未加入FBC会略有提高，但对比图2和图3曲线，加入FBC对DPF后温度影响不明显，这主要是由于DPF后温度测量点位置距离载体后端面较远导致测量值未有效反映出DPF被动再生的差异性。

从单个NEDC循环数据看（以第10个NEDC循环为例），燃油中加入和不加入添加剂状态下DPF前温度变化情况如图4所示。从图中可以看出，初始低温阶段燃油中添加FBC状态下DPF前温度较不添加FBC略有升高（约5℃左右），随着温度的升高碳载量逐渐减少，这种温度差异越来越不明显。

2.2 试验过程中DPF前压力变化

从单个NEDC循环数据看（以第10个NEDC循环为例），燃油中添加和不添加FBC状态下DPF前压力变化情况如图5所示。从图中可以看出，城市工况下添加FBC状态下DPF前压力较不加入FBC基本相当，城郊工况下添加FBC状态下DPF前压力略低，符合试验预期。

2.3 燃油添加剂对DPF累碳的影响

燃油中加入和不加入FBC，在转毂上分别运行10个NEDC循环，通过循环前后对DPF进行称重可知，不加入FBC状态下，DPF累碳量为7.2g，加入FBC状态下，DPF累碳量为1.3g。累碳试验结束后DPF前端面碳烟情况如图6所示。

10个NEDC循环整车行驶总里程约110km，按照不加入FBC的标定策略，不加入FBC的状态下行驶约350公里DPF将触发再生。而加入FBC后，行驶约1600公里DPF触发再生。从整车NEDC循环工况DPF累碳量与行驶里程的关系看，加入FBC后将大大延长整车再生里程。

2.4 燃油添加剂对DPF再生的影响

在发动机台架上将DPF加载到满载状态，拆下DPF称重计算得DPF实际累碳量21.6g，重新安装到台架上，燃油中不添加燃油添加剂，发动机运行再生工况，利用后喷将DPF前温度提升至500℃，再生过程中DPF前后压差变化曲线如图7所示。再生循环结束后，拆除DPF称重，DPF内剩余碳量18.1g，DPF主要为被动再生，被动再生效率约为16.2%。

重新将DPF加载到满载状态，拆下DPF称重计算得DPF实际累碳量22.9g，燃油中加入燃油添加剂，控制边界条件和上述试验一致，利用后喷同样将DPF前温度提升至500℃，再生过程中DPF前后压差变化曲线如图8所示。再生循环结束后，拆除DPF称重，DPF内剩余碳量2.1g，DPF被动再生效率约为91%。和未加入燃油添加剂相比，被动再生效率大大提高。

3 结论

从整车NEDC循环试验过程数据看，无论是DPF前后压力和温度对比，还是过程累碳量的对比，都可以看出加入FBC后，将能有效提升DPF被动再生效率，从而降低DPF的累碳速率，大大提高DPF再生里程。

加入浓度为8ppm的FBC后，在500℃时能有效增加DPF被动再生速率，从而有效减少DPF主动再生的频次，降低燃油消耗。同时，针对DPF累碳量超载状况，可考虑将FBC可作为市场DPF堵塞安全有效的解决方案之一。

参考文献：

[1]万桂芹，秦肖肖.DPF再生技术的分析和研究[J].轻型汽车技术，2O13，283（03）：5-9.

[2]李勤.现代内燃机排气污染物的测量与控制[M].北京：机械工业出版社，1998.

[3]GB18352.5-2013，轻型汽车排放污染物限值及测试方法（中国Ⅴ阶段）[S].

作者简介：吕大庆（1989-），男，安徽合肥人，本科，助理工程师，主要从事发动机试验开发工作。