柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機DPF被動再生策略分析

范小文

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機DPF被動再生策略分析

范小文

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

∶分析了柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機利用DPF處理為降低碳?xì)渑欧挪捎貌裼秃髧娨鸬念w粒物問題，并根據(jù)其燃燒特性實行再生功能。

∶柴油-天然氣雙燃料；DPF；被動再生

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.012

CLC NO.: U473Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-31-02

引言

柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機是在柴油機為基礎(chǔ)機，匹配天然氣供氣系統(tǒng)及電控噴射系統(tǒng)，使柴油和天然氣共同燃燒做功的內(nèi)燃機。天然氣采用電控單點噴射由進(jìn)氣道吸入氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞運行到壓縮行程終了時，柴油噴射系統(tǒng)噴入微量柴油，進(jìn)而引燃天然氣進(jìn)行混合燃燒做功。雙燃料發(fā)動機因為兩種燃料同時燃燒，為滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)，采用DOC+DPF的后處理形式，DOC將未燃燒的CH4及THC進(jìn)行燃燒，并為DPF的再生提供所需溫度條件，進(jìn)而將DPF所捕集的顆粒處理完全。

1、DPF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本策略

為實現(xiàn)DPF的再生，對DPF系統(tǒng)的控制手段主要為進(jìn)氣節(jié)流（控制節(jié)氣門開度實現(xiàn)）及柴油系統(tǒng)后噴。通過兩者的聯(lián)合控制可獲得較高的排溫。高排溫這一特性對排放具有兩方面的影響。首先，通過較高的排氣溫度，使DOC系統(tǒng)具有較高的轉(zhuǎn)化效率，降低CH4及THC排放。其次，通過提高排氣溫度，使DPF系統(tǒng)再生，以避免堵塞。柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機采用的DPF結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2、DPF系統(tǒng)再生條件

該系統(tǒng)通過壁流式DPF載體對發(fā)動機（雙燃料柴油機）排放的顆粒進(jìn)行捕集，捕集效率＞95%。同時，未燃燒的HC在DOC內(nèi)氧化，進(jìn)一步提高排氣溫度。DPF系統(tǒng)主要通過控制排溫進(jìn)行再生，當(dāng)排氣溫度＞400℃時，捕集的顆粒進(jìn)行再生，再生效率達(dá)到90%。

3、發(fā)動機運行工況

3.1發(fā)動機ESC試驗排溫數(shù)據(jù)

發(fā)動機ESC試驗排溫數(shù)據(jù)如下表1。

表1

整理后對應(yīng)的轉(zhuǎn)速/負(fù)荷－排溫關(guān)系如下圖所示。如圖2所示，ESC試驗中測試的1300rpm至2000rpm，所有負(fù)荷下的排溫都較高，基本都位于450℃至500℃之間，最低排溫為442℃。

圖2

3.2發(fā)動機ETC試驗排溫數(shù)據(jù)

發(fā)動機ETC試驗數(shù)據(jù)如下圖3所示。

圖3

ETC試驗中各工況下扭矩－排溫對比關(guān)系如下圖4所示。可見在ETC試驗中全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，無論負(fù)荷如何變化，排溫都維持在較高水平，處于450℃－550℃之間，且主要分布于450℃－500℃之間。這與ESC試驗結(jié)果一致。

4、DPF再生工況分析

如前所述，雙燃料發(fā)動機可通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度控制進(jìn)氣流量，當(dāng)進(jìn)氣流量較低時可獲得相對較高的排溫。更進(jìn)一步采用柴油后噴技術(shù)直接提高排氣溫度。以上兩項技術(shù)的應(yīng)用確保了發(fā)動機全工況都具有較高的排溫。

ESC及ETC的試驗數(shù)據(jù)也印證了上述觀點。在ETC及ESC試驗中，雙燃料發(fā)動機常用運行工況排溫都大于400℃。因此，無需DPF系統(tǒng)主動噴油再生，只需依靠發(fā)動機后噴柴油即可滿足排氣溫度大于400℃的要求，實現(xiàn)被動再生。

5、OBD保護(hù)策略

本控制系統(tǒng)中針對DPF壓差傳感器進(jìn)行了故障監(jiān)測。合理性故障及其對應(yīng)措施如下表所示。當(dāng)DPF系統(tǒng)壓差過大時，發(fā)動機將進(jìn)行限扭。這一措施將可靠的保護(hù)DPF系統(tǒng)，并及時提醒駕乘人員進(jìn)行故障處理。

[1] 李志軍,付曉光,呂筱萍，等.柴油/ CNG雙燃料發(fā)動機排放性能的試驗研究.內(nèi)燃機學(xué)報, 2003(2)-21.

[2] 王軍,王繼衛(wèi),等.CNG/柴油雙燃料車用發(fā)動機排放特性研究.汽車工程,2004(1)-26.

[3] 張沛,黎輝,馬長友.柴油/CNG雙燃料汽車發(fā)動機的性能研究.機械設(shè)計與制造,2009（11）.

Diesel fuel-natural gas dual fuel engine DPF passive regeneration strategy analysis

Fan Xiaowen
（Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., shaanxi Xi'an 710200）

Analysis of diesel fuel - natural gas dual fuel engine using DPF after the process is used to reduce hydrocarbon emissions of diesel particulate matter problems caused by the spray, and regeneration function according to its combustion characteristic.

Diesel fuel-natural gas dual fuel; DPF; Passive regeneration

∶U473

∶A

∶1671-7988 (2016)09-31-02

范小文（1981—），男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事汽車研發(fā)。