柴油车后处理装置评价试验方法概述任美林1，李军1，方茂东2，李孟良2，胡毅2，陈虎1 1天津索克汽车试验有限公司，2中国汽车技术研究中心[摘要]本文对于柴油车后处理装置评价试验方法进行了综述，结合国内的实际情况重点讨论了对柴油车后处理单元DOC 、DPF 和SCR 的评价试验方法。
本文添补了我国在柴油车排气后处理装置试验评价领域的技术空白，为柴油车排气后处理装置的认定提供了一种可供选择、相对省时省力的方法，同时也为相关技术和产品的研发提供了技术支撑。
关键词：柴油车，后处理，DOC ，DPF ，SCROverview of Measurement Methods for Diesel AftertreatmentDevicesRen Meilin 1，Li Jun 1，Fang Maodong 2，Li Mengliang 2，Hu Yi 2，Chen Hu 11Tianjin SwARC Automotive Research Laboratory ，2China Automotive Technology andResearch Center[Abstract] The paper is overview of measurement methods for diesel aftertreatment devices. It focuses on measurement methods for diesel aftertreatment devices meet to china’s stage IV and V emission. And there will be greater market demand for the after-treatment devices.Key words ：Diesel vehicle ，Aftertreatment ，DOC ，DPF ，SCR 1引言根据中国排放法规进展规划，我国可能在2010年在全国范围内对轻、重型柴油车实施四阶段排放法规。
可以预见，在不远的将来，柴油车排放后处理装置将越来越普遍地得到应用。
世界范围内，柴油后处理装置被广泛用于车辆的NO x 和PM 的排放控制。
图1是目前常见的控制柴油机排放水平的后处理技术。
图1常见的控制柴油机排放水平的尾气后处理技术与汽油车相比，柴油车具有更好的燃料经济性，其噪声大、重量大等缺点也随着技术的进步而得到了较好的解决，我国已经将清洁柴油机作为汽车技术的重要发展方向。
目前，影响柴油车推广应用的一个重要原因是，柴油车的颗粒物（PM ）排放和氮氧化物（NOx ）排放较高，而这两种排放污染物恰恰是北京等大城市的首要物染物。
汽车发动机排放污染物治理通过依靠机内净化解决，即通过改善发动机工作过程，使化学能充分转化为机械能，碳氢化合物类燃料充分燃烧并形成无害的水和CO 2。
柴油车排气后处理装置主要包括氧化型催化器（DOC ）、颗粒过滤器（DPF ）和选择性催化还原（SCR ），这些装置在我国尚处于应用的初期，现生产和涉足本领域的企业众多，产品质量良莠不齐。
另外，柴油PMLNC NO LNTSCRCombinationSOFSolidCO 、HCDOCDPFActive passive车排气后处理技术仍处于创新初期，表现为设计易变，国际上关于DPF和SCR谁是主流技术路线至今尚无定论，考虑到由以上基本单元衍生出的组合应用，该项技术的复杂性是显而易见的。
2国内外柴油机后处理评价方法概况柴油车排气后处理装置的研究开发和应用，可以划分为“后处理装置开发-与目标发动机的匹配-装车匹配”几大步骤，测试与评价也可相应地分为：1、针对后处理装置本身性能和耐久性的测试评价；2、以后处理装置与发动机及整车匹配为目的的测试评价；3、装车排放测试评价。
上世纪七、八十年代，国外开始了柴油车排气后处理装置的技术研究和产品开发，并就柴油车排气后处理装置本身的性能和耐久性测试评价方法形成了规范（上述第1类测试评价），国外著名的柴油车排气后处理装置开发和生产企业如庄信万丰、优美科、康宁公司、NGK等，以及国外某些第三方试验研究机构如美国西南研究院都开发有这类内部试验评价规范或程序。
以后处理装置与柴油发动机及柴油车整车匹配为目的的测试评价程序（上述第2类测试评价），比较有代表性的有瑞士的认证程序、美国加州的认证程序等。
认证程序主要针对柴油车排气颗粒过滤器（DPF），包括测试程序和技术要求。
测试程序分为匹配性测试（发动机和车辆）和场地测试（自由加速烟度）。
技术要求主要包括对尺寸范围在20-300nm的颗粒过滤效率>95%、不因加装DPF增加CO、HC、NO x以及颗粒物、排气背压<200mbar、发动机寿命>5000h，以及对车载电控报警和数据存储装置、噪声等方面的具体内容。
美国西南研究院等单位也开发有类似试验方法和程序。
目前，我国还没有关于柴油车的排气后处理装置的试验方法和技术要求标准。
现有的GB/T 18377-2001《汽油车用催化转化器的技术要求和试验方法》和HJ/T 331-2006《汽油车用催化转化器》只适用于汽油车排气后处理装置试验评价。
多数柴油车排气后处理装置领域的跨国公司在华设有独资企业，依据其技术母体提供的试验评价方法。
国内的柴油车排气后处理技术经过多年的发展，无论在新生产车配套还是在在用车改造应用方面，已经有一些产品投入市场，取得了一些经验和形成企业测试规范，但是还没有形成一个共性的测试规范，用于产品性能的评价、改进和提高。
特别地，一些新进入本领域的内资企业，完全不掌握相关试验评价方法，仍处于不能准确了解自身产品性能的尴尬境地。
3柴油机后处理试验评价方法3.1 DOC试验DOC性能测试包括起燃特性指标和转化效率指标。
起燃温度特性试验是在不同转速下逐渐增加负荷来提高排温下完成的，这是在发动机经常工作的区域范围内，考核DOC的起燃特性指标。
规定起燃温度不高于230℃。
DOC老化则采用高、低温循环方式运行，即DOC在床温250℃下持续45分钟，然后在床温650℃下持续15分钟，这样交替运行直至100小时老化试验结束。
3.2 DPF试验3.2.1热循环试验热循环试验是测试颗粒过滤器载体的热机械性能、催化剂涂层的热稳定性，该试验分为颗粒过滤器和催化型颗粒过滤器（CDPF）两种情况。
热循环试验是模拟过滤器再生过程中，载体内部的颗粒被氧化燃烧并瞬时释放出大量热量的情形。
因此，热循环是评价颗粒过滤器的重要指标之一。
热循环评价是考核颗粒过滤器承受热冲击的性能，因此只需要能产生热量的发生源即可。
例如，可使用实现温度大幅度变化的燃烧器或常规的发动机作为热量发生源。
DPF 和CDPF的热循环试验的不同之处在于，DPF的温升率约为180℃，远远高于CDPF 规定的50℃的温升率。
这主要是因为CDPF 的载体表面涂有催化剂，如果规定的温升率过高，会使催化剂涂层不稳定并从载体表面脱落，达不到预期的评价效果。
可采用两种方法来评价热循环结束后的效果：第一、用目测法检查载体有无裂纹，并从样品出口端面检查有无泄漏通道；第二、检查样品的涂层和载体之间是否脱离，这需要依靠SEM （电子显微镜扫描法）来完成；第三、如果条件允许，可用超声波来探测样品内部的裂纹。
总的来讲，过滤器的载体出现裂纹或通道泄漏，其过滤颗粒的性能就大大降低了。
3.2.2压降特性试验虽然壁流式过滤器具有比流通式过滤器过滤效率高的特点，但是它产生的背压要比流通式的大，因此，在用户安装了过滤器的情况下应该满足发动机或整车制造厂允许的背压要求。
如果过滤器产生的背压过高会影响柴油车的动力性和经济性。
该试验项目的测试结果可以为发动机制造厂配套选型提供参考依据。
显然，DPF的压降一般是随着载体内部累积的颗粒物的质量增加而增加，也就是压降与DPF的加载水平有直接关系。
所谓颗粒过滤器的加载水平是指颗粒过滤器加载前后的质量增加量与颗粒过滤器的载体容积之比值。
压降测试的目的是在不同的DPF 的加载水平下，测试DPF的压降与排气流量的关系以及测试催化剂涂层对颗粒过滤器压降的影响。
任何阻碍排气气流在过滤器内部流动的因素都会增大DPF的压降。
所以，设计按不同排气流量下测试DPF压降的方法。
因为DPF的整个生命周期是伴随着颗粒物的加载和再生两种工作条件而存在的，所以要评价DPF的压降特性必须考虑将其分为再生（或新鲜的）和加载两种情况进行测试。
新鲜的或再生后的过滤器的压降测试该项目首先要保持发动机在低负荷工况下运转，避免DPF发生大量加载颗粒物的情况，然后将发动机从低转速向高转速调整，产生不同的排气流量，以某种参考变量（例如，排气温度、排气流量、时间）为横坐标，压降为纵坐标绘制压降特性曲线。
加载了颗粒物的过滤器的压降测试对DPF加载颗粒物至一定的水平（例如，约4g/L,8g/L），然后调整发动机使DPF 内产生不同的温度和流量，测试出一定加载水平下过滤器的压降特性。
3.2.3过滤效率试验柴油车颗粒过滤器之所以能净化颗粒物，最主要的是依赖于其对颗粒的过滤功能，因此，考核评价过滤器的最重要的指标就是过滤效率。
过滤器的过滤效率与DPF 的状态有关，除了在主动再生颗粒物氧化燃烧时不会发生过滤的情况，在其余的工作条件下，DPF都会对颗粒物起到过滤的作用。
再生后的DPF内部已经基本无颗粒，仅仅依靠载体的内壁孔隙来过滤颗粒；而加载后的DPF内部存有颗粒，只要不造成DPF完全堵塞，DPF内部已累积的颗粒也会加大阻碍气流中的颗粒的作用。
容易理解，已加载的DPF的过滤效率要比干净的DPF要高。
与压降特性评价一样，过滤效率同样分为再生后和已加载的DPF的过滤效率测试。
再生后的过滤器的过滤效率测试首先要确定一个基准的DPF加载水平（例如，6g/L），调整发动机至颗粒过滤器加载工况下运行,为避免DPF内开始累积颗粒物，需要在发动机运转5分钟后对DPF 的入口上游和出口下游取样，从DPF入口和出口处滤纸收集到的颗粒质量变化量来计算DPF的过滤效率。
已加载颗粒物的过滤器的过滤效率测试使发动机在加载工况下运行，直至加载到6g/L的水平，再进行取样分析测试，计算过滤效率。
图2显示了加载过程中DPF 过滤效率和压降的变化曲线。
图2 颗粒过滤器的效率和压降曲线从图中可以看到，在常用的工况下，DPF随着内部累积的颗粒物的增加，其过滤效率从开始的80%逐渐呈线性趋势上升到100%。
因此，在DPF正常的工作范围内，其对颗粒物的过滤效率是随加载水平增加而呈线性增加的。
一般要求过滤效率不低于85%。
3.2.4平衡点温度（BPT）试验对于一些采用被动再生技术的DPF，它们在过滤器载体的表面添加了一定量的催化剂，当柴油车在正常工况的范围内，就可以利用柴油车本身的排气温度实现连续不断地再生。
