燃油添加劑對DPF累碳及再生的影響研究

呂大慶 祝先標 孫澤

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

關鍵詞：燃油添加劑；DPF；累碳；再生

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

0 引言

簡單地說燃油添加劑是出于“節能減排”的目的向汽車燃油中添加的一種物質，“節能” 即節省燃油的消耗，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增加。“減排”即減少有害物質的排放，依然是通過添加來減少燃油的不充分燃燒，使得積碳、尾氣中有害物質的含量等相應減少。

清潔型燃油添加劑現在已經普遍受到認可，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，延長再生里程，隨著歐五或更高要求的排放法規的實施，DPF將被強制使用，隨著市場保有量的增加，降低排放型燃油添加劑能夠在更低的溫度下進行再生，有效的保護DPF（城市循環更加明顯），防止DPF堵塞，同時因后噴量減少，有效降低機油稀釋的風險。后噴量減少，再生里程加長，提高燃油經濟性。

本文依托某型小卡車展開相關試驗，該車搭載2.0L CTI柴油發動機，后處理系統采用DOC+DPF路線，DPF體積為3.3L，標定最大碳載量20g，標定主動再生溫度620℃，整車再生行駛里程約400公里。試驗使用的燃油添加劑為某鐵基型燃油添加劑，簡稱FBC。

1 試驗準備

1.1 后處理傳感器布置

為消除DOC中SOF對DPF累碳量的影響，本次試驗采用分段式后處理，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際布置圖如圖1所示：

圖中標注數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 數據采集系統連接

后處理溫度和壓力數據通過數采設備FLUKE2638A進行采集和記錄，試驗前需將后處理溫度和壓力傳感器和FLUKE2638A連接并調試，設定采集頻率為10S。

1.3 車輛預處理及DPF初始稱重

（1）車輛預處理。根據GB18352.5-2013中Ⅰ型試驗要求，按照輕型車排放試驗要求，試驗前對試驗車輛進行預處理，然后放置于溫度相對穩定在20～30℃的室內至少6h且不超過36h。預處理試驗時，底盤測功機加載按查表法加載。預處理試驗前需對車輛性能及狀態進行確認，以評價車輛是否滿足試驗要求。

（2）DPF初始稱重。車輛預處理試驗過程中，調整ECU數據，使DPF進入強制再生模式，至預處理結束，結束強制再生模式，停機狀態下至DPF前溫度降至150℃時拆下DPF并稱重，記錄DPF初始重量。

1.4 燃油添加劑配制及添加

進行含燃油添加劑試驗測試時，需向燃油中添加燃油添加劑，根據未加入燃油添加劑時的整車NEDC循環試驗DPF累碳數據及油耗結果，根據經驗公式對添加劑濃度進行配比，本文試驗中使用的燃油添加劑濃度為8ppm。試驗中直接將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 試驗結果與分析

2.1 燃油添加劑對DPF前后溫度影響

燃油中不加入和加入FBC，分別運行NEDC循環工況，DPF前、后溫度變化曲線如圖2和圖3所示。從理論上講，NEDC循環過程中加入FBC后由于被動再生效率的提高，DPF后溫度相較于未加入FBC會略有提高，但對比圖2和圖3曲線，加入FBC對DPF后溫度影響不明顯，這主要是由于DPF后溫度測量點位置距離載體后端面較遠導致測量值未有效反映出DPF被動再生的差異性。

從單個NEDC循環數據看（以第10個NEDC循環為例），燃油中加入和不加入添加劑狀態下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，這種溫度差異越來越不明顯。

2.2 試驗過程中DPF前壓力變化

從單個NEDC循環數據看（以第10個NEDC循環為例），燃油中添加和不添加FBC狀態下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狀態下DPF前壓力較不加入FBC基本相當，城郊工況下添加FBC狀態下DPF前壓力略低，符合試驗預期。

2.3 燃油添加劑對DPF累碳的影響

燃油中加入和不加入FBC，在轉轂上分別運行10個NEDC循環，通過循環前后對DPF進行稱重可知，不加入FBC狀態下，DPF累碳量為7.2g，加入FBC狀態下，DPF累碳量為1.3g。累碳試驗結束后DPF前端面碳煙情況如圖6所示。

10個NEDC循環整車行駛總里程約110km，按照不加入FBC的標定策略，不加入FBC的狀態下行駛約350公里DPF將觸發再生。而加入FBC后，行駛約1600公里DPF觸發再生。從整車NEDC循環工況DPF累碳量與行駛里程的關系看，加入FBC后將大大延長整車再生里程。

2.4 燃油添加劑對DPF再生的影響

在發動機臺架上將DPF加載到滿載狀態，拆下DPF稱重計算得DPF實際累碳量21.6g，重新安裝到臺架上，燃油中不添加燃油添加劑，發動機運行再生工況，利用后噴將DPF前溫度提升至500℃，再生過程中DPF前后壓差變化曲線如圖7所示。再生循環結束后，拆除DPF稱重，DPF內剩余碳量18.1g，DPF主要為被動再生，被動再生效率約為16.2%。

重新將DPF加載到滿載狀態，拆下DPF稱重計算得DPF實際累碳量22.9g，燃油中加入燃油添加劑，控制邊界條件和上述試驗一致，利用后噴同樣將DPF前溫度提升至500℃，再生過程中DPF前后壓差變化曲線如圖8所示。再生循環結束后，拆除DPF稱重，DPF內剩余碳量2.1g，DPF被動再生效率約為91%。和未加入燃油添加劑相比，被動再生效率大大提高。

3 結論

從整車NEDC循環試驗過程數據看，無論是DPF前后壓力和溫度對比，還是過程累碳量的對比，都可以看出加入FBC后，將能有效提升DPF被動再生效率，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℃時能有效增加DPF被動再生速率，從而有效減少DPF主動再生的頻次，降低燃油消耗。同時，針對DPF累碳量超載狀況，可考慮將FBC可作為市場DPF堵塞安全有效的解決方案之一。

參考文獻：

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作者簡介：呂大慶（1989-），男，安徽合肥人，本科，助理工程師，主要從事發動機試驗開發工作。