陈明虎，孙泽，祝先标，许勤

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

测试试验

FBC添加剂对发动机及DPF的影响研究

陈明虎，孙泽，祝先标，许勤

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

选定一稳态工况，对比FBC添加前后发动机性能及DPF累碳量的变化。研究结果表明，添加FBC添加剂以后，发动机动力性有明显的提高，DPF累碳量大幅降低，且FBC可有效预防DPF堵塞。

柴油机；颗粒物；颗粒捕集器（DPF）；燃油添加剂（FBC）

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

前言

柴油机因为其经济性好、输出扭矩大、耐用等优点被广泛应用于重型货车、城市大巴、工业设备等。同时，柴油车的排放也越来越受到研究人员的关注，随着我国汽车排放标准的不断严格，仅依靠优化燃烧、废气再循环（EGR）等机内净化措施已无法满足排放标准要求。因此，机外净化技术研究变得非常关键。相较于汽油机，柴油机的主要污染物为NOx 和PM颗粒。目前，满足国Ⅴ阶段排放标准的机外净化技术路线主要有两条，即DOC+DPF路线和DOC+SCR路线。颗粒补集器（DPF）是目前最有效、应用最广泛的微粒排放控制措施。但随着DPF中P M的增加,排气背压不断升高,会对柴油机的动力性、经济性及排放产生影响，因此需要适时对DPF进行再生处理[1]。为了去除DPF内部沉积颗 粒，实现DPF再生，一般采用提高排气温度或催化燃烧的方法来促进颗粒物燃烧[2]。在燃油中加入某些金属有机物(铈、铁、铜和铂等)作为燃油添加剂，使其燃烧后生成的金属氧化物附着在炭烟表面起到催化作用，可以降低炭烟的起燃温度，实现DPF在发动机正常工况下连续稳定的被动再生[3]。这种以燃油作媒介的催化再生添加剂称为燃油催化再生添加剂(FBC)[4]。

本研究选用铁基FBC做燃油添加剂，配置FBC质量浓度8mg/kg的燃油与普通国Ⅴ燃油在试验台架上做对比试验，考察FBC添加剂对发动机动力性及DPF被动再生能力的影响。

1、试验方案

1.1 燃料的制备及发动机参数

台架试验所用燃油为0#国Ⅴ柴油。燃油添加剂选择铁基FBC添加剂，FBC添加剂可以与柴油任意比例互溶，配置出FBC的质量浓度为8mg/kg的燃油。试验发动机参数如表1所示：

表1 发动机基本参数

1.2 试验方案

DPF被动再生所需温度在600℃左右，加入FBC添加剂后可降低至400℃左右，因此根据发动机实际运转情况选取DOC入口温度为350℃（2800rpm@油门54%）、450℃（2800rpm@油门60.5%）的稳定工况。采用普通国Ⅴ燃油和FBC质量浓度为8mg/kg的配置燃油分别运转2h，试验中确保发动机转速、油门、进气温度、进出水温度等影响发动机性能的参数保持一致，监控发动机运转数据并对2h后的DPF进行对比称重（DPF在床温200℃时称重）。试验中各参数点测量位置如图1示：

图1 传感器布置示意图

2、结果与分析

2.1 FBC对发动机动力性的影响

燃油分子是由氢原子和碳原子依靠共价键而组合成的，其中的C—H、C—C键的键能均较大，C—C 键的键能为347.8 kJ/mol、C—H 键 为414.8 kJ/mol。由催化理论可知，在一般情况下C—H键是惰性的，无论从空间效应或电子转移来看活化它都是困难的。但在过渡金属催化作用下，C—H键可以与配位不饱和 、低氧化态 、富电子金属中心的过渡金属和稀土金属等有机配台物发生氧化反应， C—H键能被活化[5]。FBC添加剂通过降低燃油分子中的C—H键的活化能，使燃油更易裂解为易氧化的低分子化合物，因此可以优化柴油机的缸内燃烧，使发动机在转速、油门均不变的情况下动力性有所提升，如图3、图4所示，在发动机转速、油门等各项参数均相同的情况下，添加FBC以后发动机功率、扭矩均匀明显的提升。

图2 FBC添加前后发动机的动力性比曲线—450℃

图3 FBC添加前后发动机的动力性对比曲线—350℃

2.2 FBC对DPF被动再生的影响

因FBC添加剂可降低碳烟颗粒的C-C键的活化能，因此DPF上捕集的碳烟颗粒可以在更低的温度下与废气中的O2和NO2反应，DPF的累碳速度下降。从图4、图5可以看出，添加FBC添加剂后DPF前后温差变大，说明DPF的被动再生反应更为剧烈。从表2可以看出，添加FBC以后，DPF累碳量明显下降，DOC入口450℃时下降了93.47%，DOC入口350℃时下降了80.55%，说明FBC添加剂可以显著提升DPF被动再生能力。

表2 FBC添加前后DPF累碳量对比

图4 FBC添加前后DPF前后温差对比曲线—450℃

图5 FBC添加前后DPF前后温差对比曲线—350℃

图6 发动机运转2h后有无FBC添加剂累碳情况对比—450℃

2.3 FBC对DPF过载后被动再生的影响

如图7所示，首先用普通国五柴油运转，将DPF中的碳累到52.7g（满载20g），然后将燃油切换成FBC添加剂质量浓度8mg/kg的柴油，运行30分钟，DOC入口排气温度440℃，DPF中碳烟颗粒含量减少20.5g。说明在添加FBC添加剂的情况下，当DOC入口处排气温度达到440℃以上可以很快将DPF中的碳被动再生掉，可以有效的避免DPF在使用堵塞的风险。

图7 FBC对过载后的DPF的再生效果

3、结论

a）FBC添加剂可以降低燃油分子的C-H化学键的键能，使燃烧更充分，提升发动机的动力性能，相当于提升了发动机的经济性。

b）FBC添加剂可显著降低DPF的累碳速度，极大的增强的DPF的被动再生能力。

b）添加FBC添加剂后，即使DPF过载，当DOC入口的排气温度超过440℃时也可以很快将DPF中的碳烧掉，FBC添加剂可以有效的避免DPF过载堵塞。

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

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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

陈明虎，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。