柴油机颗粒捕集器(DPF)能大大降低柴油车的颗粒物排放，研究发现：DPF对粒径为10µm以内的颗粒物有较高的过滤性能，在非主动再生状下，DPF出口的颗粒物数量浓度与环境空气中颗粒物数量浓度相当，而在DPF主动再生状态下，这些颗粒物有可能出现在DPF出口端。为了得出二次颗粒物的产生机理，以便进一步高效地降低颗粒物排放，本次推文通过发动机台架试验，研究不同碳载量和不同再生温度下再生条件对主动再生期间DPF中二次颗粒的形成及排放特性所产生的影响。
试验选用JE493柴油发动机，台架配置如图1所示；选用非耦合式 DOC＋DPF后处理系统，DOC和DPF载体材料分别为堇青石和钛酸铝。
为保证试验结果的可靠性和可重复性，以及各组试验中DPF内部碳烟颗粒沉积的一致性，试验过程中碳烟的加载和DPF的主动再生均使用统一工况进行，且所有试验均使用同一批次柴油燃料。选取发动机转速为1100r/min、转矩为90 N·m的碳烟加载工况。同时，考虑到发动机排气流量及DOC入口温度等因素，选定转速为1600r/min、转矩为90N·m以触发DPF主动再生且有较好燃油经济性的工况点。
过滤性能测试：为确保主动再生期间颗粒排放特性试验结果的准确性，首先应确保DPF后处理系统的完好性，进行载体过滤性能测试，测试了在碳烟加载工况和主动再生工况(未触发再生)下载体及载体内颗粒层的过滤效果。主动再生试验：为了保证DPF安全高效率再生，主流的DPF主动再生温度控制策略为选择梯度多阶段升温再生，因而选择再生温度分别为520、550和575℃，碳载量分别为4g/L和8g/L，再生时间均为20min，选取同一个过滤体进行6组试验。使用发动机后喷助燃的主动再生方式，通过ECU上位机可以精准触发和结束主动再生并记录后喷油量、DPF入口温度和再生时间等数据。为了便于对试验过程中测得的颗粒物进行分析，先将微粒按粒径大小分为核模态(≤50nm)和积聚态(＞50nm)，因为微粒频谱仪测量微粒最大粒径为1μm，故不讨论粒径大于2μm的粗粒子模态颗粒物。
研究发现，DPF主动再生过程会导致颗粒物排放有所增加。DPF的主动再生分为两个阶段：升温过程、主动再生过程，笔者深入分析了DPF主动再生过程中引起过滤体前、后颗粒物数量浓度及粒径分布变化的原因。
入口端颗粒物分布
为了研究DPF主动再生期间载体后端颗粒物排放特性，首先应确定不同再生温度对DPF入口来流颗粒物数量浓度和粒径分布的影响。图3为DPF主动再生期间载体前端颗粒物数量浓度及粒径变化。不同再生温度下的色阶最大值均为 3×108，图中白色虚线为触发再生时刻，红线为达到再生温度时刻，黄线为停止再生，蓝线为降怠速(DTI)，DTI 操作之前发动机转速恒为1600 r/min。
触发主动再生后，DPF入口的颗粒物数量浓度略有降低，且颗粒物峰值粒径从 60nm 降至 50nm，排放中积聚态颗粒物数量浓度降低，而核模态颗粒物数量增加。在触发再生后约100～150s的升温过程中，颗粒物粒径呈现双峰分布，峰值粒径分别为50nm和10nm，之后粒径恢复为单峰分布。再生过程中，不同再生温度下颗粒物峰值浓度在1.5×108～2.5×108个/cm3，峰值粒径约为 50 nm。停止再生后，颗粒物数量浓度及粒径分布均恢复为触发再生前状态。颗粒物峰值粒径降低主要是由核模态和积聚态组成物质的差别引起的，核模态颗粒物主要是由挥发性 HC 及半挥发物质、硫酸盐等组成，积聚态主要是由元素碳及其吸附物组成，触发再生后，发动机EGR关闭，进入气缸的新鲜空气量增加，利于缸内燃烧，降低了颗粒物排放浓度和积聚态颗粒物数量。同时，由于在升温过程中，远后喷的燃油导致大量未燃HC生成，从而引起图3中150s左右核模态颗粒物数量浓度陡增。
（1）升温过程中，10nm左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起；再生过程中，10nm左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起；在整个再生期间，100nm左右的积聚态颗粒物的排放主要由载体内碳烟颗粒的逃逸引起。
（2）升温过程中，DPF 出口颗粒物总数量浓度最大能增加3个数量级，实际增加幅度和碳载量、再生温度有关；当再生温度为575 ℃时，DPF出口排放的核模态颗粒物数量浓度会增加3个数量级。
（3）升温过程中，低碳载量时颗粒物排放总量受来流中颗粒物数量浓度影响较大；高碳载量时颗粒物排放总量受再生温度影响较大。
（4）升温过程中，碳载量为4g/L时DPF出口排放的颗粒物总数量浓度比碳载量为8g/L时要高；但再生过程中，碳载量为4g/L时DPF出口排放的颗粒物总数量浓度比碳载量为8g/L时低。
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