后喷1油量限值对再生温度、机油稀释的影响研究.pdf

年第 期后喷油量限值对再生温度、机油稀释的影响研究秦宗权,杨蝶飞,向亦华,李洪明(昆明云内动力股份有限公司,云南 昆明 )摘要:后喷是柴油发动机机油稀释的主要原因,通过限制后喷的油量,研究油量限值对再生温度、机油稀释的影响.试验结果表明:低排气温度区域的后喷油量限值对机油稀释、D P F入口温度的影响较大,存在再生超温风险;高排气温度区域的后喷油量限值对机油稀释、D P F入口温度的影响较小,能提高D P F入口温度的动态响应性.关键词:后喷;油量限值;机油稀释;再生温度中图分类号:T K 文献标识码:A文章编号:X()I n f l u e n c eo fQ u a n t i t yo fP o s t I n j e c t i o nL i m i t o nR e g e n e r a t i o nT e m p e r a t u r ea n dO i lD i l u t i o nQ i nZ o n g q u a n,Y a n gD i e f e i,X i a n gY i h u a,L iH o n g m i n g(K u n m i n gY u n n e iP o w e rC o,L t d,Y u n n a nK u n m i n g )A b s t r a c t:P o s t i n j e c t i o ni s t h em a i n r e a s o n f o r o i l d i l u t i o no fD i e s e l E n g i n e B y l i m i t i n g t h eq u a n t i t yo f p o s t i n j e c t i o n,t h e i n f l u e n c e o f t h e q u a n t i t yo f p o s t i n j e c t i o n l i m i t o n r e g e n e r a t i o n t e m p e r a t u r e a n do i l d i l u t i o n i s s t u d i e d T h e t e s t r e s u l t s s h o wt h a t t h e l i m i t v a l u e o f p o s t i n j e c t i o n i n t h e a r e a o f l o we x h a u s t t e m p e r a t u r eh a s g r e a t i n f l u e n c eo nt h eo i l d i l u t i o na n dD P Fi n l e t t e m p e r a t u r e,a n d t h e r e i s t h e r i s ko f r e g e n e r a t i o no v e r t e m p e r a t u r e T h e l i m i t v a l u eo fp o s t i n j e c t i o ni nt h ea r e ao fh i g he x h a u s t t e m p e r a t u r eh a s l i t t l e e f f e c t o no i l d i l u t i o na n dD P Fi n l e t t e m p e r a t u r e,a n dc a n i m p r o v e t h ed y n a m i c r e s p o n s eo fD P Fi n l e t t e m p e r a t u r e K e yw o r d s:P o s t i n j e c t i o n;F u e l l i m i t;O i l d i l u t i o n;R e g e n e r a t i o nt e m p e r a t u r e作者简介:秦宗权(),男,工程师,硕士,研究方向:柴油内燃机排放.概述柴油发动机具有良好的性能优势,在卡车领域得到广泛应用.随着国家排放法规的加严,为了满足国六排放法规,特别是颗粒、颗粒数、氮氧化合物的排放,国六柴油发 动 机 主 流 的 后 处 理 路 线 为D O CD P FS C RA S C.D P F(颗粒捕集)主要过滤柴油燃烧的碳颗粒,降低颗粒、颗粒数的排放量.D P F的再生机制有周期再生和连续再生两种,周期再生是周期再生条件触发,发动机控制单元主动改变燃烧参数,提高D P F入口排气温度()使D P F内碳颗粒氧化反应的过程,其触发机制主要有D P F碳载量、D P F保护(行驶路程、运行时间,运行油量)和服务性再生.连续再生是依靠C R T效率使D P F内的碳达到动态平衡,但不能将碳全部氧化还原,特别是城市和郊区运行为主的车辆.S C R(选择性催化还原)依靠尿素水溶液分解氨气,将氮氧化合物还原为氮气,在尿素喷嘴、S C R混合器内会形成尿素晶体,并随着运行时间的增加而增加,甚至堵塞后处理.后处理工作的有效性、可持续性是保证发动机排气污染物符合相关排放法规基本条件,因此有必要定期触发D P F、S C R保护再生.为了实现D P F、S C R再生,小缸径柴油发动机主要采用缸内后喷、后喷实现对D O C进行热管理,提高D O C出口温度.后喷主要分配在上止点后 度之间,配合主喷角度、进气量、轨压等参数,保证排气氧浓度 前 提 下,把D O C入 口 温 度(T 温 度)提 高 到 ,为D O C氧 化HC、C O奠 定 基 础.后 喷为远后喷,通常喷射角度位于上止点后 度之间,主要是为了产生较高的HC、C O排 放 量,随 排 气 进入D O C进 行 氧 化 放 热 反 应,将D O C出 口 温 度 提到 .后喷油量根据D O C入口温度、D O C出口目标温度、排气流量、燃烧效率等参数计算当前后喷油量.发动机瞬态工况下,由于D O C入口温度较稳态工况下的偏低,通常瞬态工况下的T 温度在 之间,此时为了达到相同D P F入口温度(T 温度)则需要更大的后喷油量.为防止过大的后喷油量引起机油稀释过大,需对后喷最大油量进行限制.本文 以 柴 油 发 动 机 为 研 究 对 象,采 用 国 六 标 准WHT C循环工况.通过 小时再生试验(次WHT C试验循环)后的机油稀释情况以及试验循环中的再生温度,分析不同区域的后喷油量限值对再生温度、机油稀释的影响.试验对象试验采用国六电控高压共轨柴油发动机,后处理系统为批产状态,试验边界参考发动机公告,主要硬件参数见表.内燃机与配件w w w n r j p j c n表 硬件参数排量(L)发火顺序 进气方式增压中冷冷却方式液冷进气阻力(k P a)排气背压(k P a)气缸排列型式直列怠速(rm i n)最大扭矩(Nm)扭矩区间(rm i n)额定功率(k W)额定转速(rm i n)E C U电控单元B O S CH后处理系统D O CD P FS C R试验方法试验前根据D P F、S C R再生温度要求,调整再生数据,确保 分钟完成再生,锁定再生数据.根据发动机排温以及柴油蒸馏特性将发动机工况按涡轮前排气温度分为两个区 域:涡 轮 前 排 气 温 度 高 于 区 域 和 低 于 区域.试验中依次更改两个区域的后喷油量限值,具体试验内容表 所示.为了避免油道残余、机油加注量、放油时间、机油滤芯等因数对试验结果的影响.每次试验前清洗发动机油道.发动机更换新机油,启动发动机在中等负荷(r p m/Nm)运行 m i n,停机旋转曲轴两周至上止点,放机油时间 分钟.每次试验加等量新机油,更换机油滤芯.试验后,对机油进行取样,做好机油样品标识,送检测机构化验机油成分.表 试验方案序号试验名称试验内容E C U数据状态备注试验试验试验再 生 模式,次WHT C循环基础状态基于试验,排气温度高于 区域 的 后 喷限 值 m g基于试验,排气温度小于 区域 的 后 喷限 值 m g机 油 加注 量 为 k g试验结果及分析为方便对比分析后喷油量限值对再生温度、机油稀释、油量影响,试验均取第 次WHT C试验循环的数据进行分析.后喷油量限值对后喷油量的影响后喷油量限值是对后喷油量的最大值进行限制,以防止超温、机油稀释以及燃油系统供油不足,保护后处理、发动机硬件.WHT C再生循环的后喷油量分布如图 所示,实际后喷油量随后喷油量限值而改变,据统计次试验的后喷循环喷油量(个WHT C再生循 环)分 别 为 k g/c y l、k g/c y l、k g/c y l.对比试验和试验,增加高排温区域的后喷油量限值,后喷循环油量增加了 k g/c y l;对比试验和试验,增加低排温区域的后喷油量限值,后喷的循环油量变化不明显,且呈现下降趋势.根据WHT C循环的后喷油量曲线,试验的后喷油量较试验的要大,但出现多次D P F入口温度超过 导致油量为零的情况,这是试验的后喷循环喷油量略小于试验的主要原因.图 WH T C循环的后喷油量 后喷油量限值对再生温度的影响根据 测 试 台 架 连 续 记 录 数 据 分 别 统 计 第 次WHT C试验再生循环的D O C入口温度(T)、D P F入口温度(T)以及后喷循环喷油量,其结果如表 所示.表 WH T C循环的再生温度、后喷油量试验名称T 平均温度/T 平均温度/T 最高温度/T 最低温度/后喷循环喷油量/k g/c y l试验 试验 试验 注:第 次再生循环的统计情况 后喷油量限值对T 温度的影响图 为WHT C循环的T 温度表现,试验、试验、试 验的T 平 均 温 度 分 别 、,平均温度偏差在以内.三次试验的T 温度在WHT C再生循环内变化趋势处于几乎重合状态,后喷油 量 限 值 对T 温 度 的 影 响 甚 微.其 主 要 原 因 是D O C入口温度由主喷角度、进气量、轨压、后喷等燃烧参数决定.后喷的喷射角度位于上止点后 度,产生较高HC、C O排放量.较小部分HC、C O在缸内完成氧化放热,大部分随排气进入D O C内氧化放热,后喷油量限值对后喷缸内燃烧率没有贡献.图 WH T C循环的T 温度图 WH T C循环的T 温度 后喷油量限值对T 温度的影响试验、试验、试验的T 平均温度分别 、,再生T 温度与后喷油量限值呈正相关趋势,总体上升趋势较为平缓.图 为WHT C的T 温度表现,对比分析试验与试验在WHT C循环的T 温度变化趋势,增加高排气温度区域工况的后喷油量限 年第 期值,对WHT C循环内的T 温度以及动态响应有一定的提升.平均温度提高,最低温度提高了,最高温度提高了.但在抑制T 温度下降速率方面作用较小,WHT C循环中没有出现T 温度超过 (后喷断油温度)现象.对比分析试验与试验的T 温度趋势,增加低排气温度区域工况的后喷油量限值,对循环内的T 温度、动态响应性有明显的提升.平均 温 度 升 高 了,最低温度提高了.但WHT C循环中存在多次T 超温断油现象,后处理系统存在提前老化、烧裂、烧熔的风险,如图 所示.表 机油稀释统计试验名称机油稀释率/稀释变化量/稀释变化率/机油含柴油量/k g机油加注量/k g试验 试验 试验 注:次WHT C再生循环的结果 后喷油量限值对机油稀释的影响图 机油稀释率表 为机油稀释统计,基于相同机油加注量,经相同再生试验后,试验、试验、试验的机油稀释率分别为 、.图 为机油稀释化验结果,机油稀释率与后喷油量限值呈正相关.对比试验与试验的结果,试验的后喷循环喷油量较试验增加 k g/c y l,机油稀释率变化量为,相对机油稀释率变化率为,增加高排气温度区域的后喷限值对机油稀释的影响不大;对比试验与试验的结果,试验的后喷循环喷油量较试验减少 k g/c y l,但机油稀释率变化量为,相对机油稀释率变化率为 ,增加低排气温度区域的后喷限值对机油稀释的影响十分突出.导致试验机油稀释急剧上升的主要原因是低排气温度区域工况的排气流量小,结合排气温度低,因此总热能偏低导致柴油蒸发速率低,较多柴油没有完全蒸发而碰壁进入机油中.结论、后喷油量限值对再生T 温度影响甚微,对再生T 温度的影响较大.涡轮前排气温度高于 区域,后喷油量限值能提高T 温度以及动态响应性;涡轮前排气温度低于 区域,后喷油量限值对T 最低温度、最高温度贡献较大,但后处理系统存在超温风险.、后喷油量限值与机油稀释呈现正相关的趋势.涡轮前排气温度低于 区域的排气热能较低,柴油蒸发速率低而发生油束碰壁现象是机油稀释率过大主要原因;涡轮前排气温度高于 区域的后喷油量限值对机油稀释的贡献较小.、实际应用中,在满足再生温度需求的前提条件下,应结合最 小 喷 油 量、喷 射 次 数 尽 量 减 小 排 气 温 度 低 于 区域的后喷油量限值以降低机油稀释;增大排气温度高于 区域的后喷油量限值提高T 温度以及动态响应性.参考文献:李鉴松柴油机颗粒捕集器再生研究现状综述J河北农机,():,楼狄明,温雅,谭丕强,等连续再生颗粒捕集器对柴油机颗粒排放的影响J同济大学学报:自然科学版,():马荣,何超,李加强,等N O 对柴油机微粒捕集器再生特性 的 影 响 机 理 J车 用 发 动 机,():周明胜,曲兴年,李元臻,等浅析柴油机S C R系统尿素结晶机 理 和 解 决 思 路 J内 燃 机 与 配 件,():李进普,沈国华,任向飞,等高压共轨柴油机后喷对对机油稀释影响的试验研究J柴油机,():刘宏威,张凯凯,姚广涛,等采用缸内后喷和排气管喷油的D O C辅助D P F再生技术的研究J汽车工程,():