陳明虎，孫澤，祝先標(biāo)，許勤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

測(cè)試試驗(yàn)

FBC添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及DPF的影響研究

陳明虎，孫澤，祝先標(biāo)，許勤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

選定一穩(wěn)態(tài)工況，對(duì)比FBC添加前后發(fā)動(dòng)機(jī)性能及DPF累碳量的變化。研究結(jié)果表明，添加FBC添加劑以后，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性有明顯的提高，DPF累碳量大幅降低，且FBC可有效預(yù)防DPF堵塞。

柴油機(jī)；顆粒物；顆粒捕集器（DPF）；燃油添加劑（FBC）

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-129-03

前言

柴油機(jī)因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)性好、輸出扭矩大、耐用等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于重型貨車、城市大巴、工業(yè)設(shè)備等。同時(shí)，柴油車的排放也越來越受到研究人員的關(guān)注，隨著我國(guó)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，僅依靠?jī)?yōu)化燃燒、廢氣再循環(huán)（EGR）等機(jī)內(nèi)凈化措施已無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，機(jī)外凈化技術(shù)研究變得非常關(guān)鍵。相較于汽油機(jī)，柴油機(jī)的主要污染物為NOx 和PM顆粒。目前，滿足國(guó)Ⅴ階段排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)外凈化技術(shù)路線主要有兩條，即DOC+DPF路線和DOC+SCR路線。顆粒補(bǔ)集器（DPF）是目前最有效、應(yīng)用最廣泛的微粒排放控制措施。但隨著DPF中P M的增加,排氣背壓不斷升高,會(huì)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放產(chǎn)生影響，因此需要適時(shí)對(duì)DPF進(jìn)行再生處理[1]。為了去除DPF內(nèi)部沉積顆 粒，實(shí)現(xiàn)DPF再生，一般采用提高排氣溫度或催化燃燒的方法來促進(jìn)顆粒物燃燒[2]。在燃油中加入某些金屬有機(jī)物(鈰、鐵、銅和鉑等)作為燃油添加劑，使其燃燒后生成的金屬氧化物附著在炭煙表面起到催化作用，可以降低炭煙的起燃溫度，實(shí)現(xiàn)DPF在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工況下連續(xù)穩(wěn)定的被動(dòng)再生[3]。這種以燃油作媒介的催化再生添加劑稱為燃油催化再生添加劑(FBC)[4]。

本研究選用鐵基FBC做燃油添加劑，配置FBC質(zhì)量濃度8mg/kg的燃油與普通國(guó)Ⅴ燃油在試驗(yàn)臺(tái)架上做對(duì)比試驗(yàn)，考察FBC添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性及DPF被動(dòng)再生能力的影響。

1、試驗(yàn)方案

1.1 燃料的制備及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

臺(tái)架試驗(yàn)所用燃油為0#國(guó)Ⅴ柴油。燃油添加劑選擇鐵基FBC添加劑，F(xiàn)BC添加劑可以與柴油任意比例互溶，配置出FBC的質(zhì)量濃度為8mg/kg的燃油。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1所示：

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方案

DPF被動(dòng)再生所需溫度在600℃左右，加入FBC添加劑后可降低至400℃左右，因此根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況選取DOC入口溫度為350℃（2800rpm@油門54%）、450℃（2800rpm@油門60.5%）的穩(wěn)定工況。采用普通國(guó)Ⅴ燃油和FBC質(zhì)量濃度為8mg/kg的配置燃油分別運(yùn)轉(zhuǎn)2h，試驗(yàn)中確保發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門、進(jìn)氣溫度、進(jìn)出水溫度等影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的參數(shù)保持一致，監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)并對(duì)2h后的DPF進(jìn)行對(duì)比稱重（DPF在床溫200℃時(shí)稱重）。試驗(yàn)中各參數(shù)點(diǎn)測(cè)量位置如圖1示：

圖1 傳感器布置示意圖

2、結(jié)果與分析

2.1 FBC對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響

燃油分子是由氫原子和碳原子依靠共價(jià)鍵而組合成的，其中的C—H、C—C鍵的鍵能均較大，C—C 鍵的鍵能為347.8 kJ/mol、C—H 鍵 為414.8 kJ/mol。由催化理論可知，在一般情況下C—H鍵是惰性的，無論從空間效應(yīng)或電子轉(zhuǎn)移來看活化它都是困難的。但在過渡金屬催化作用下，C—H鍵可以與配位不飽和 、低氧化態(tài) 、富電子金屬中心的過渡金屬和稀土金屬等有機(jī)配臺(tái)物發(fā)生氧化反應(yīng)， C—H鍵能被活化[5]。FBC添加劑通過降低燃油分子中的C—H鍵的活化能，使燃油更易裂解為易氧化的低分子化合物，因此可以優(yōu)化柴油機(jī)的缸內(nèi)燃燒，使發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速、油門均不變的情況下動(dòng)力性有所提升，如圖3、圖4所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門等各項(xiàng)參數(shù)均相同的情況下，添加FBC以后發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩均勻明顯的提升。

圖2 FBC添加前后發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性比曲線—450℃

圖3 FBC添加前后發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性對(duì)比曲線—350℃

2.2 FBC對(duì)DPF被動(dòng)再生的影響

因FBC添加劑可降低碳煙顆粒的C-C鍵的活化能，因此DPF上捕集的碳煙顆?？梢栽诟偷臏囟认屡c廢氣中的O2和NO2反應(yīng)，DPF的累碳速度下降。從圖4、圖5可以看出，添加FBC添加劑后DPF前后溫差變大，說明DPF的被動(dòng)再生反應(yīng)更為劇烈。從表2可以看出，添加FBC以后，DPF累碳量明顯下降，DOC入口450℃時(shí)下降了93.47%，DOC入口350℃時(shí)下降了80.55%，說明FBC添加劑可以顯著提升DPF被動(dòng)再生能力。

表2 FBC添加前后DPF累碳量對(duì)比

圖4 FBC添加前后DPF前后溫差對(duì)比曲線—450℃

圖5 FBC添加前后DPF前后溫差對(duì)比曲線—350℃

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)2h后有無FBC添加劑累碳情況對(duì)比—450℃

2.3 FBC對(duì)DPF過載后被動(dòng)再生的影響

如圖7所示，首先用普通國(guó)五柴油運(yùn)轉(zhuǎn)，將DPF中的碳累到52.7g（滿載20g），然后將燃油切換成FBC添加劑質(zhì)量濃度8mg/kg的柴油，運(yùn)行30分鐘，DOC入口排氣溫度440℃，DPF中碳煙顆粒含量減少20.5g。說明在添加FBC添加劑的情況下，當(dāng)DOC入口處排氣溫度達(dá)到440℃以上可以很快將DPF中的碳被動(dòng)再生掉，可以有效的避免DPF在使用堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 FBC對(duì)過載后的DPF的再生效果

3、結(jié)論

a）FBC添加劑可以降低燃油分子的C-H化學(xué)鍵的鍵能，使燃燒更充分，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，相當(dāng)于提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

b）FBC添加劑可顯著降低DPF的累碳速度，極大的增強(qiáng)的DPF的被動(dòng)再生能力。

b）添加FBC添加劑后，即使DPF過載，當(dāng)DOC入口的排氣溫度超過440℃時(shí)也可以很快將DPF中的碳燒掉，F(xiàn)BC添加劑可以有效的避免DPF過載堵塞。

[1] Schejbal M,Marek M.Modelling of diesel filters for particulates removal[J].Chemical Engineering Journ al,2009,154 (13) :219-230．

[2] 馮向宇,葛蘊(yùn)珊,馬朝臣,等. FBC-DPF在柴油機(jī)顆粒物控制中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)研究.2014,27(1):36-42.

[3] 馮浩杰,孫平,嵇乾,劉軍恒,王玉梅,等．鈰基 F B C 添加劑對(duì)柴油機(jī)顆粒物組分及熱重特性的影響[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī),2016,222(1): 52-56.

[4] 馬林才,劉穎.有機(jī)金屬化合物降低糶油機(jī)碳煙排放及其機(jī)理的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34 (2) ：230- 233.

[5] 簡(jiǎn)棄非,梁榮光,翁儀壁,羅勝平,林奇,區(qū)志誠(chéng),等.燃油添加劑對(duì)降低汽油機(jī)油耗和有害排放物的試驗(yàn)研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,1999,27（7）：97-100.

The influence of FBC additives on engine and DPF research

Chen Minghu, Sun Ze, Zhu Xianbiao, Xu Qin
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD. Technology center, Anhui Hefei 230601 )

Select a steady condition,Contrast the engine performance and the amount of carbon in DPF before and after adding the FBC Additives.The results showed that, after adding the FBC additives, Engine power has improved significantly,the amount of carbon in DPF significantly reduced, the FBC Additives can prevent DPF to be blockaged effectively.

diesel engine; particulates; diesel particle filter（DPF）; Fuel-bome Catalyst

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-129-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.044

陳明虎，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。