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(dòng)機(jī)DPF被動(dòng)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(dòng)機(jī)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(wèn)題，并根據(jù)其燃燒特性實(shí)行再生功能。

∶柴油-天然氣雙燃料；DPF；被動(dòng)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(dòng)機(jī)是在柴油機(jī)為基礎(chǔ)機(jī)，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(jī)。天然氣采用電控單點(diǎn)噴射由進(jìn)氣道吸入氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞運(yùn)行到壓縮行程終了時(shí)，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(dòng)機(jī)因?yàn)閮煞N燃料同時(shí)燃燒，為滿足國(guó)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(shí)現(xiàn)DPF的再生，對(duì)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(kāi)度實(shí)現(xiàn)）及柴油系統(tǒng)后噴。通過(guò)兩者的聯(lián)合控制可獲得較高的排溫。高排溫這一特性對(duì)排放具有兩方面的影響。首先，通過(guò)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(guò)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(dòng)機(jī)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(guò)壁流式DPF載體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)（雙燃料柴油機(jī)）排放的顆粒進(jìn)行捕集，捕集效率＞95%。同時(shí)，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(guò)控制排溫進(jìn)行再生，當(dāng)排氣溫度＞400℃時(shí)，捕集的顆粒進(jìn)行再生，再生效率達(dá)到90%。

3、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況

3.1發(fā)動(dòng)機(jī)ESC試驗(yàn)排溫?cái)?shù)據(jù)

發(fā)動(dòng)機(jī)ESC試驗(yàn)排溫?cái)?shù)據(jù)如下表1。

表1

整理后對(duì)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(yàn)中測(cè)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(dòng)機(jī)ETC試驗(yàn)排溫?cái)?shù)據(jù)

發(fā)動(dòng)機(jī)ETC試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖3所示。

圖3

ETC試驗(yàn)中各工況下扭矩－排溫對(duì)比關(guān)系如下圖4所示。可見(jiàn)在ETC試驗(yàn)中全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，無(wú)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(yàn)結(jié)果一致。

4、DPF再生工況分析

如前所述，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度控制進(jìn)氣流量，當(dāng)進(jìn)氣流量較低時(shí)可獲得相對(duì)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(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用確保了發(fā)動(dòng)機(jī)全工況都具有較高的排溫。

ESC及ETC的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也印證了上述觀點(diǎn)。在ETC及ESC試驗(yàn)中，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)常用運(yùn)行工況排溫都大于400℃。因此，無(wú)需DPF系統(tǒng)主動(dòng)噴油再生，只需依靠發(fā)動(dòng)機(jī)后噴柴油即可滿足排氣溫度大于400℃的要求，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)再生。

5、OBD保護(hù)策略

本控制系統(tǒng)中針對(duì)DPF壓差傳感器進(jìn)行了故障監(jiān)測(cè)。合理性故障及其對(duì)應(yīng)措施如下表所示。當(dāng)DPF系統(tǒng)壓差過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)行限扭。這一措施將可靠的保護(hù)DPF系統(tǒng)，并及時(shí)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(dòng)機(jī)排放性能的試驗(yàn)研究.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào), 2003(2)-21.

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

[3] 張沛,黎輝,馬長(zhǎng)友.柴油/CNG雙燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能研究.機(jī)械設(shè)計(jì)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)。