柴油稀釋和DPF遠后噴策略控制優化

蘇新宇 薛志祥 李嘵平

摘 要：柴油機因其具有功率大、燃油消耗少、維修簡單等諸多優點，被廣泛引用于汽車行業。柴油機DPF為滿足排放標準的必要手段，DPF的再生通常采用遠后噴再生技術。但利用遠后噴進行DPF再生會導致燃油對機油的稀釋問題。為解決DPF遠后噴再生時產生的機油稀釋問題，本研究通過模擬柴油稀釋臺架試驗，分析機油粘度隨稀釋率變化的關系，確定機油稀釋下限以及機油稀釋的影響因素及控制方法。通過研究發現：在對發動機DPF遠后噴策略的研究中發現，遠后噴的開始時刻、結束時刻及再生中斷，對發動機排放性能、機油粘度均有較大影響。

關鍵詞：柴油機;機油稀釋粘度;DPF;策略優化

一、概述

通過對汽車發動機機油粘度的實驗研究以及查閱大量文獻發現，發動機的機油粘度對燃油的燃燒效率以及減排效果都有顯著的影響[1]。當其他條件不變時，發動機機油粘度越高，越有利于發動機油膜的形成，油模可以有效減小各零件間的摩擦阻力[2];較高的發動機機油粘度也使機油的流動性降低，從而增加各部分的摩擦阻力;發動機機油粘度越低，流動性越好，有效減小各零件間的摩擦阻力，但承載力差，發動機內部油膜易破裂，喪失各部分的潤滑作用。通過進一步的分析以下現象：1、發動機機油粘度過大，導致機油流動阻力顯著增高，在這種情況下再加之環境溫度低，可造成發動機極難啟動[3];2、發動機機油粘度過大時，發動機曲軸轉動所需要的轉矩也會變大，從而造成內燃機運動阻力同步增大，這種情況下也極易造成發動機啟動困難;3）發動機機油粘度過小最明顯的就是造成機體內油膜厚度不足，致使油模強度差[4]。由于油膜強度被削弱而造成其承載能力差，造成發動機在有負荷的工況下極易喪失油膜，從而造成發動機過度磨損。4）發動機密封性已破壞。發動機機油黏度過小可造成活塞環密封不足，從而造成燃燒室竄氣和機油燒失等現象，造成發動機性能下降。根據以上資料以及大量的實驗研究表明，僅通過原有的DPF再生后噴策略來控制機油稀釋問題已經不能滿足現在的減排政策[5]。本研究針對這一現象，對柴油稀釋和DPF遠后噴策略進行控制優化。

二、實驗條件

項目組所在的江蘇省清潔能源動力機械應用重點實驗室、江蘇省摩擦學重點實驗室等研究機構，可為本項目的開展提供完整的研究基地保證，項目的順利實施條件十分成熟。試驗設備包括：AVL513DVisioScope可視化試驗系統、電力動態測功機YNOROAD202/12、臺架試驗測控儀PUMATC5、Inca標定系統。

三、實驗目的

模擬稀釋試驗：通過柴、機油摻混模擬DPF再生后噴造成的機油稀釋效應，研究不同柴油摻混比例對機油粘度的影響規律，擬合不同牌號機油的粘度隨稀釋率變化曲線。

臺架稀釋試驗：通過在發動機臺架上進行快速機油稀釋試驗，提取不同試驗時刻下油底殼中油品進行分析，研究在不同機油粘度的情況下發動機缸內碳煙的具體數值進行對比，從而獲取柴油機內機油稀釋對發動機減排效率的真實影響規律。

四、實驗過程及分析

模擬稀釋試驗的實驗思路：調整發動機遠后噴再生策略，測量發動機機油稀釋率，分析遠后噴再生策略對機油稀釋的影響規律，對再生策略進行優化。

DPF再生控制策略優化中，再生開始判斷條件：在再生系統的精密控制下，DOC入口溫度一般高于250℃，此時燃油的反應速率較高，反應穩定，油耗較小，尾氣污染排放量最低。因此，為達到發動機再生控制的精確進行，一般會采用限制發動機啟動轉速不高于某一確定值時進行再生。通過研究發現在以下兩種情況下進行再生控制可以收到良好的效果。第一種是高速高轉矩發動機工況下，由于發動機的高速轉動導致在這種情況下發動機的排氣溫度較高，此時進行再生可以起到很好的減排效果;第二種是發動機在高速高轉矩工況下突然變為低速低轉矩的工況時，在這種工況下發動機排氣溫度由于發動機運行狀態的改變，在其DOC入口處的溫度會急劇下降，可能導致達不到DOC的起燃溫度。在此時進行再生時可以明顯減少燃油的消耗量，從而達到節能減排的作用。

再生結束時刻選擇：再生結束時刻的準確判斷對于降低油耗、減少二次污染具有重要意義。借助對各個時刻的DPF積載量進行研究發現，在積載量達到什么程度對發動機進行再生的影響十分重大。本文通過對不同時刻的積載量進行研究發現以下規律，在再生徹底后進行停止噴油時發現，再生過程可以一直進行到積載量幾乎為零的程度。分析其原因在于，當這種情況下停止噴油后，由于DPF溫度還保持在一定高度，故而該時刻的選擇使得再生非常徹底。對再生噴油進行進一步研究發現，提前結束噴油對于降低油耗以及減小積載量也有明顯的作用。

再生中斷處理：隨著升溫過程的進行，DOC出口溫度越來越高，DOC入口溫度和轉速的限制越來越寬，即越來越不容易停止再生。然而，有時還會由于工況的劇烈變化使得再生條件不再滿足。比如發動機轉速升高，此時繼續噴油再生則排氣會帶走大量熱量，造成比較嚴重的二次污染和燃油消耗，因此需要停止再生。停止再生后，轉速快速下降到合適再生范圍內，此時需要進行判斷是否立即繼續噴油再生。

五、總結

在對發動機DPF遠后噴策略的研究中發現，遠后噴的開始時刻、結束時刻以及再生中斷，對發動機尾氣的凈化以及燃油效率均有較大影響。本課題希望，通過本課題的實驗分析為今后汽車節能減排的研究提供實驗數據以及理論基礎。

參考文獻：

[1]冀樹德，楊天軍，劉新華.柴油機油液光譜分析中換油干擾的處理[J].車用發動機，2011（02）：92-95.

[2]陳士瑋，李柱國，陳文星.內燃機油液監測參數灰色關聯度研究[J].內燃機工程，2005（04）：86-88.

[3]王波，高峰，向衛華.降低內燃機車機油換油量以降低機油消耗[J].內燃機，2011（02）：61-63.

[4]李軍.使用潤滑油不要一味追求高黏度[J].駕駛園，2007（09）：29.

[5]耿文華，徐志興.發動機潤滑油的選用[J].河北農機，2007（04）：24.