柴油稀釋和DPF遠后噴策略控制優(yōu)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(yōu)點，被廣泛引用于汽車行業(yè)。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(shù)。但利用遠后噴進行DPF再生會導(dǎo)致燃油對機油的稀釋問題。為解決DPF遠后噴再生時產(chǎn)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(guān)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(fā)現(xiàn)：在對發(fā)動機DPF遠后噴策略的研究中發(fā)現(xiàn)，遠后噴的開始時刻、結(jié)束時刻及再生中斷，對發(fā)動機排放性能、機油粘度均有較大影響。

關(guān)鍵詞：柴油機;機油稀釋粘度;DPF;策略優(yōu)化

一、概述

通過對汽車發(fā)動機機油粘度的實驗研究以及查閱大量文獻發(fā)現(xiàn)，發(fā)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(fā)動機機油粘度越高，越有利于發(fā)動機油膜的形成，油?？梢杂行p小各零件間的摩擦阻力[2];較高的發(fā)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(fā)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(fā)動機內(nèi)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(xiàn)象：1、發(fā)動機機油粘度過大，導(dǎo)致機油流動阻力顯著增高，在這種情況下再加之環(huán)境溫度低，可造成發(fā)動機極難啟動[3];2、發(fā)動機機油粘度過大時，發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動所需要的轉(zhuǎn)矩也會變大，從而造成內(nèi)燃機運動阻力同步增大，這種情況下也極易造成發(fā)動機啟動困難;3）發(fā)動機機油粘度過小最明顯的就是造成機體內(nèi)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(fā)動機在有負荷的工況下極易喪失油膜，從而造成發(fā)動機過度磨損。4）發(fā)動機密封性已破壞。發(fā)動機機油黏度過小可造成活塞環(huán)密封不足，從而造成燃燒室竄氣和機油燒失等現(xiàn)象，造成發(fā)動機性能下降。根據(jù)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(jīng)不能滿足現(xiàn)在的減排政策[5]。本研究針對這一現(xiàn)象，對柴油稀釋和DPF遠后噴策略進行控制優(yōu)化。

二、實驗條件

項目組所在的江蘇省清潔能源動力機械應(yīng)用重點實驗室、江蘇省摩擦學(xué)重點實驗室等研究機構(gòu)，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(shè)備包括：AVL513DVisioScope可視化試驗系統(tǒng)、電力動態(tài)測功機YNOROAD202/12、臺架試驗測控儀PUMATC5、Inca標定系統(tǒng)。

三、實驗?zāi)康?/p>

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(yīng)，研究不同柴油摻混比例對機油粘度的影響規(guī)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(fā)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(fā)動機缸內(nèi)碳煙的具體數(shù)值進行對比，從而獲取柴油機內(nèi)機油稀釋對發(fā)動機減排效率的真實影響規(guī)律。

四、實驗過程及分析

模擬稀釋試驗的實驗思路：調(diào)整發(fā)動機遠后噴再生策略，測量發(fā)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(guī)律，對再生策略進行優(yōu)化。

DPF再生控制策略優(yōu)化中，再生開始判斷條件：在再生系統(tǒng)的精密控制下，DOC入口溫度一般高于250℃，此時燃油的反應(yīng)速率較高，反應(yīng)穩(wěn)定，油耗較小，尾氣污染排放量最低。因此，為達到發(fā)動機再生控制的精確進行，一般會采用限制發(fā)動機啟動轉(zhuǎn)速不高于某一確定值時進行再生。通過研究發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)矩發(fā)動機工況下，由于發(fā)動機的高速轉(zhuǎn)動導(dǎo)致在這種情況下發(fā)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(fā)動機在高速高轉(zhuǎn)矩工況下突然變?yōu)榈退俚娃D(zhuǎn)矩的工況時，在這種工況下發(fā)動機排氣溫度由于發(fā)動機運行狀態(tài)的改變，在其DOC入口處的溫度會急劇下降，可能導(dǎo)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(jié)能減排的作用。

再生結(jié)束時刻選擇：再生結(jié)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(fā)現(xiàn)，在積載量達到什么程度對發(fā)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(fā)現(xiàn)以下規(guī)律，在再生徹底后進行停止噴油時發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，提前結(jié)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(zhuǎn)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(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，此時繼續(xù)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(zhuǎn)速快速下降到合適再生范圍內(nèi)，此時需要進行判斷是否立即繼續(xù)噴油再生。

五、總結(jié)

在對發(fā)動機DPF遠后噴策略的研究中發(fā)現(xiàn)，遠后噴的開始時刻、結(jié)束時刻以及再生中斷，對發(fā)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(jié)能減排的研究提供實驗數(shù)據(jù)以及理論基礎(chǔ)。

參考文獻：

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