張金全，李帥，李斌杰

基于無機復(fù)合材料的排氣管路保溫性能研究

張金全，李帥，李斌杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

重型商用車后處理系統(tǒng)排氣管路的保溫性能對整車排放性性能有著重要的影響，減小排氣管路沿程熱損失，提高后處理器內(nèi)部反應(yīng)溫度和污染物轉(zhuǎn)化效率，是整車實現(xiàn)排放性能升級的重要途徑。應(yīng)用新型無機復(fù)合材料包覆排氣管路，降低排氣管路的熱損失，提高后處理器內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)溫度，能夠有效提升后處理器內(nèi)部載體的轉(zhuǎn)化能力。在不同的環(huán)境溫度條件下，進(jìn)行不同材料規(guī)格的實車特定工況下的保溫對比試驗，找到既能達(dá)到溫降性能要求，又具有性價比高、占用空間小的合適規(guī)格保溫材料，對于滿足國六排放溫降指標(biāo)要求以及儲備未來排放法規(guī)進(jìn)一步升級的保溫技術(shù)，具有重要的意義。

溫降；復(fù)合材料；保溫性能

1 概述

隨著重型商用車中國第六階段（以下簡稱國六）排放標(biāo)準(zhǔn)即GB17691-2018的發(fā)布實施，重型柴油商用車排放污染物指標(biāo)要求相對國五階段呈指數(shù)級下降，具體對比見表1和表2。同時，國六拓寬了低溫低負(fù)荷、高溫高負(fù)荷和高海拔工況區(qū)的排放污染物控制要求，增加了顆粒物數(shù)量PN和排氣尾管在任何工況下不能有可見煙度的要求，大幅加嚴(yán)了NOX排放濃度PPM的要求。

表1 國五國六柴油車（N3類）污染物限值對比

表2 國五國六柴油車（N3類）測試條件差異

因此，為了滿足國六排放要求，國六后處理器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，功能更加多樣，要求更加嚴(yán)格，溫度作為后處理器內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)最重要的條件之一，后處理器內(nèi)部合適的反應(yīng)溫度對于反應(yīng)載體發(fā)揮最佳轉(zhuǎn)化效率具有非常重要的意義，后處理器內(nèi)部反應(yīng)溫度依賴于發(fā)動機內(nèi)部燃燒后排出廢氣所攜帶的能量，減小從發(fā)動機出氣口到后處理器進(jìn)氣口中間的排氣管路溫度降，可最大限度利用發(fā)動機廢氣余熱，提升化學(xué)反應(yīng)效率，降低污染物排放。采用新型無機材料對排氣管路進(jìn)行包覆，利用耐高溫非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)點，降低廢氣流在運動過程中的熱損失，成為高排放標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的必要選擇。

在不同的環(huán)境溫度和特定的整車工況條件下，進(jìn)行不同規(guī)格保溫材料溫降試驗，驗證新型材料能否滿足排放標(biāo)準(zhǔn)對排氣管保溫性能的要求，分析不同變量對保溫性能的影響，以指導(dǎo)設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)實踐。

2 溫降試驗

基于某高排放標(biāo)準(zhǔn)車型，試驗了在不同的環(huán)境溫度下，某新型保溫材料不同規(guī)格的保溫性能，實現(xiàn)指標(biāo)達(dá)到發(fā)動機再生和排放試驗要求，提升產(chǎn)品可靠性和耐久性，具體如下：

2.1 溫度降試驗布點說明

根據(jù)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，共布置6個測溫點，具體如下：

T1—增壓器出口后；T2—軟管1前；T3—軟管1后；

T4—排氣管中段；T5—軟管2前；T6—后處理器入口前。

圖1 溫降試驗測試布點

2.2 溫度降試驗測試

（1）測試了10mm厚度的保溫層在8℃、6℃、-14℃、-17℃四種環(huán)境溫度下的排氣管不同位置點的內(nèi)部氣流溫度參數(shù)，如表3；

（2）測試了16mm的保溫層在8℃、-15℃兩種環(huán)境溫度下的排氣管不同位置點的內(nèi)部氣流溫度參數(shù)，如表3。

表3 溫度測試數(shù)據(jù)

2.3 溫度降試驗數(shù)據(jù)曲線

（1）10mm厚度保溫層曲線

圖2 10mm保溫材料-環(huán)境溫度6℃

圖3 10mm保溫材料-環(huán)境溫度8℃

圖4 10mm保溫材料-環(huán)境溫度-14℃

圖5 10mm保溫材料-環(huán)境溫度-17℃

從以上曲線圖可以看出：

第一，在確定的環(huán)境溫度條件下，排氣管路溫降整體呈先高后低的趨勢，隨著時間的向前推移，增壓器后溫度和后處理前溫度基本保持穩(wěn)定不再變化。這主要是由于在發(fā)動機啟動后的開始階段，因排氣管路及其附件處于冷態(tài)，廢氣經(jīng)過時，因冷熱不均引起的熱傳導(dǎo)和熱對流，導(dǎo)致一部分熱量用來預(yù)熱排氣管本體，即被冷態(tài)排氣管吸收，故能量損失較大，表現(xiàn)為溫度降數(shù)據(jù)大，隨著排氣管路本體溫度的逐漸升高，預(yù)熱排氣管引起的熱損失逐步趨于零，管路本體不再吸收熱量，溫降損失主要為熱傳導(dǎo)和熱輻射引起，由于排氣管外層包覆無機保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)低，熱輻射和熱傳導(dǎo)引起的能量損失逐步降低至一個穩(wěn)定值，此時，排氣管路兩端的溫度基本穩(wěn)定，管路溫降基本穩(wěn)定，此時的數(shù)據(jù)為排氣管路溫降數(shù)據(jù)的最終測試值。

第二，隨著環(huán)境溫度的下降，同一厚度的保溫層保溫能力也呈下降趨勢，可以看到在8℃到-17℃的環(huán)境下，溫降由15℃上升到18℃，保溫性能下降了20%，即當(dāng)環(huán)境溫度平均下降8.3℃時，保溫性能平均下降1℃，說明排氣管保溫性能與環(huán)境溫度呈正相關(guān)，即隨著環(huán)境溫度的降低，保溫性能也隨之降低。但在實際試驗過程中的所有條件下，排氣管全段溫度降均低于20℃，在進(jìn)行整車排放試驗及其它相關(guān)試驗時，均滿足溫降指標(biāo)要求。

（2）16mm保溫層曲線

圖6 16mm保溫材料-環(huán)境溫度8℃

圖7 16mm保溫材料-環(huán)境溫度-15℃

從以上曲線圖可以看出：

第一，16mm保溫層保溫性能趨勢與10mm保持一致，均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，說明不同規(guī)格的保溫材料，其整體的排氣管路溫降性能一致。

第二，在環(huán)境溫度為8℃條件下，溫度降為13℃，相比于10mm規(guī)格的保溫層，保溫性能提升了13%，說明在一定程度上保溫材料厚度越大，保溫能力越強，其主要原因是保溫層厚度增大后，導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)一步下降，降低了熱傳導(dǎo)能量的繼續(xù)擴散，提高了隔熱保溫效率，提升了產(chǎn)品的保溫性能。

3 結(jié)論

本文通過對10mm和16mm新型保溫層的保溫能力的試驗研究，得出了兩種規(guī)格的保溫層均能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求的保溫性能指標(biāo)，其溫降均具有先高后低的特性。綜合分析10mm保溫層具有更高的性價比、高低的成本、更緊湊的空間，更適合應(yīng)用排氣管路。

展望未來，下一步將完善試驗方法，增加試驗數(shù)據(jù)，精確控制不變因子，得出保溫材料規(guī)格與保溫性能的曲線關(guān)系和函數(shù)關(guān)系，為產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供根本遵循。

Study on Thermal Insulation Performance of Exhaust Pipe Based on Inorganic Composite Material

Zhang Jinquan, Li Shuai, Li Binjin

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

The thermal insulation performance of exhaust pipes of heavy-duty commercial vehicles has an important influence on the vehicle emission performance. It is an important way to upgrade the vehicle emission performance to reduce the heat loss along the exhaust pipes and improve the internal reaction temperature and pollutant conversion efficiency of the processor. The application of new inorganic composite material to cover the exhaust pipe can reduce the heat loss of the exhaust pipe and increase the chemical reaction temperature inside the processor, which can effectively improve the transformation ability of the carrier inside the processor. Under the condition of different environmental temperature, in different material specifications of the real vehicle under the particular condition of insulation test, find can not only meet the temperature drop performance requirements, but also has high cost performance, small footprint suitable thermal insulation material specifications, to meet the requirements of the discharge temperature drop six indicators and reserve future emissions regulations further escalation of the thermal insulation technology, has the vital significance.

Temperature drop;Composite materials;Heat preservation performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.037

U465

A

1671-7988(2021)02-115-03

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1671-7988(2021)02-115-03

張金全，就職于陜西重型汽車有限公司。