国六重型柴油车DPF再生排放特性研究

王康

摘要：虽然我国社会生产力水平正在不断提升，但是在生产经营的过程中，对生态环境造成了一定的损害，同时，当前人们的生活水平也在逐渐提升，对于生态环境的要求也越来越高。因此近几年我国已经给加强环境质量管理，对于柴油硫含量的标准也降至10PPM以内，而且随着科技的不断发展，柴油机产品也在不断地升级和进步，其净化系统也得到了改善和优化，到国六阶段，重型柴油机内安装DPF装置，有效地处理颗粒排放物。本文基于此对国六重型柴油车DPF再生排放特性进行探究分析。

关键词：国六；重型柴油车；DPF再生排放；特性

引言：在国六阶段的影响下，当前重型柴油机车的排放尾气已经不是传统的“黑烟”，这主要是由于在柴油发动机上安装了颗粒捕集器DPF，DPF的主要功能是将炭烟颗粒PF经过过滤处理。如果DPF捕捉的颗粒物过多时，会导致排气不通畅的情况，进而影响柴油机的正常工作，但是捕捉的颗粒大部分是可燃烧碳颗粒，因此工作人员可以定期进行焚烧，促使DPF工作，这也就是DPF再生。

一、国六重型柴油车DPF再生排放概述

（一）重型柴油车DPF的应用

柴油机应用的主要优点为动力性更强、经济价值更高以及可靠性更优质，因此也被广泛应用，但是在应用的过程中存在一个较为突出的缺点，那就是其造成了大气污染，也是当前影响最大的一种，经过调查研究显示，柴油机的颗粒物（PM）排放与汽油机相比，是其30-80倍，而且柴油机排放的NO_X的排放量占汽车总排放量的80%，PM的排放量占比更高，已超过90%，而随着我国环境保护的不断深入，对此也制定了相应的排放标准和规定。受到国六阶段的影响，为了有效地控制颗粒物得到排放，现在大部分的重型柴油机都已经安装使用壁流式柴油机颗粒捕集器，即Diesel Particulate Filter，简称DPF，这也是当前科学技术阶段唯一可以满足国家规定排放标准的装备，DPF工作原理如图1所示。DPF装置一般其组成结构多为壁流式，交叉堵孔结构，其主要是采用高过滤的方法使排气中的颗粒物减少，而且当DPF中碳含量增加时，其DPF过滤效果更高。目前随着我国科学技术手段的不断进步，DPF技术也越来越成熟，这也促进重型柴油车可以更加满足国六阶段的国家规定排放标准^[1]。

图1 柴油发动机颗粒捕集器DPF工作原理

（二）DPF再生方法

DPF再生功能（如图2）主要分为两种一种是主动再生，一种是被动再生，具体如下：

图2 DPF再生功能

1.被动再生

被动再生是指当排气温度过高时，不需要人为操作，同时也不需要汽车发动机电脑系统控制干预的再生，可以自动清除DPF内存在的碳颗粒。被动再生的过程主要是依靠排气中的NO₂对DPF中被捕集的颗粒物进行连续性的氧化再生，但是其再生效率比较低。

2.主动再生

主动再生是指重型柴油车的发动机电脑控制或者是人为启动的再生方式。一般是利用缸内后喷或者是排气管喷油的方式，进而使未燃烧的HC含量得到有效地的增加，同时也有效地利用排气温度以及氧化性催化转换器DOC的氧化功能，这样才能帮助未燃烧的HC发生氧化放热反应，使排气温度升高，并且在很大程度上氧化沉淀在DPF装置表面的碳颗粒，这样才能保证其完善氧化燃烧，进而完成再生。主动再生还可以分为两种，一种是行车再生，其主要是指重型柴油机车辆在正常行驶的过程中自动进行的再生；另外一种是原地再生，其主要是指重型柴油机车辆在静止的时候由人为操作进行的一种再生方式，当车内DPF指示灯出现闪烁时，驾驶人员需要停止行车进行再生^[2]。

图3 DPF严重堵塞时仪表灯显示

二、国六重型柴油车DPF再生排放特性分析

（一）时间与排放

经过调查人员的实验调查显示，此项研究的排温测量主要是通过设备流量计上的排温传感器对数据进行相应地测量、整理以及统计记录，研究人员制定了相应的表格以供后续对比研究，如表1。

表1 持续时间与排温情况

参数	DPF再生	正常
持续时间/S	510	500
平均排温/℃	416	248.7
最高排温/℃	488	286
累积功/kWh	7.5	7.2

从表1的记录中，不难看出使用DPF再生装置，相比较于正常状态下其排温情况明显提升，其平均排温提升了近一半。

（二）NO_X排放量

当应用DPF再生装置之后，重型柴油车NO_X排放量也有显著的提升，根据研究人员的数据显示照比国六排放标准是其限值的2.27倍。其主要原因是DPF在进行再生的过程中，柴油机内存在大量的还未进行燃烧的HC，在排气的过程中受到DOC的影响，造成其温度升高，而且高温排气也在很大程度上超出了SCR系统高效工作时的温度范围的标准，导致其转化效率降低，与此同时，当排气温度逐渐升高时，也造成了NH

₃对O₂的选择性随之提升，而且在排气时，其O₂得到含量远大于NO_X的含量，因此也就造成了NH₃和O₂的接触概率更高，进而降低了SCR的转化率。而NH₃和O₂的相互反应，在这一过程中会产生大量的NO，而这也就进一步提升了NO_X的排放含量。

（三）CO排放量

经过研究人员试验调查，并对试验结果进行整理分析，对比重型柴油车DPF主动再生与非再生状态下的CO排放量，当运用DPF再生装置时，其CO排放量明显降低，降低大概82%左右。但是为了保证数据的准确性研究人员进行了多组对比，从对比中可以看出与非再生状态相对比，DPF主动再生状态下CO比排放的变化情况并没有统一标准，而且其变化趋势并相同。当DPF主动再生时，发动机缸内后喷以及DPF积碳氧化会导致CO升高，但是由于排温升高，也在一定程度上提升了DOC以及ASC的氧化效率。因此相对比于非再生状态，DPF主动再生时其CP排放量没有统一的变化趋势。

（四）CO₂排放量

研究人员通过对比DPF主动再生与非再生状态下二氧化碳排放量，得出当重型柴油车主动再生时，相对比于非再生状态，其二氧化碳排放量升高。主要是因为当重型柴油车主动再生时，发动机在活塞下行阶段后喷燃油，以便提升排气时没有完全燃烧碳氢的含量，但是这部分燃油混合气在缸内并没有来得及燃烧推动活塞做功或者是只做了较少部分的功，就被排放至尾气管之中。受到DOC氧化反应的影响，提升了排温、产生了二氧化碳，进而导致二氧化碳得到排放量增加，除此之外，DPF中的积碳经过氧化反应也会产生一定含量的二氧化碳，这样是造成二氧化碳含量增加的主要原因之一。

总而言之，调查人员经过全面的调查，统计相应的数据，并进行深入探究分析，与正常状态对比，当重型柴油车处于DPF主动再生状态时，其排温明显升高，其升高比较大；而且其NO_X、PN、CO₂、H₂O排放量都有明显上升的趋势，而这其中属PN的上升最为明显，处于主动再生阶段时其NO_X以及PN排放含量远远超过国六排放标准，但是CO排放量没有统一的变化趋势。除此之外，当重型柴油车处于DPF主动再生状态时车辆的耗油量有一定的升高，但是其动力性能没有受到明显的影响。

结语：综上所述，国六重型柴油车DPF再生排放时，其NO_X以及PN排放含量远远超过国六排放标准，特别是PN的排放量，因此相关工作人员在下一阶段工作过程中要注重此项问题，并将DPF主动再生排放归入监管范围，进一步提升绿色发展的理念。此外相关技术人员也需要开发全新的DPF系统，提升DPF再生排放的性能，减缓DPF积碳速率，提升DPF再生周期，同时也要保证再生的过程中可有效的转化NO_X。

参考文献：

[1]高忠明,许丹丹,杨诚潇. 国六重型柴油车DPF再生排放特性研究[J]. 汽车实用技术,2022,47(02):96-101.

[2]钱枫, 薛常鑫, 许小伟,等. 国六柴油机DPF再生时VOCs排放特性[J]. 环境科学, 2020(2):8.